JP2008096908A - 基板保持機構及びフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクと基板との間のギャップを均一化でき、露光精度を向上することができる基板保持機構及びフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法を提供する。
【解決手段】基板Ｗを保持する基板保持機構２１は、基台２３に対して複数の支柱２４を介して支持される基板保持部２５と、隣接する支柱２４間に配置され、基板保持部２５の上面の平坦度を補正するように基板保持部２５を下面から押圧する複数の押圧機構２６と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板保持機構及びフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法に関する。

従来、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基板やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板を製造する露光装置が種々考案されている（例えば、特許文献１参照）。露光装置は、マスクをマスク保持部で保持すると共に基板を基板保持部で保持して両者を近接して対向配置する。そして、マスク側からパターン露光用の光を照射することにより、マスクに描かれたマスクパターンを基板上に露光転写している。

一般に、マスク保持部に保持されるマスクと、基板保持部に保持される基板を平坦に調整して、基板とマスクとの間のギャップを均一化することが行なわれている。ところが、近年、基板のサイズの大型化に伴い、マスクのサイズも大型化してきている。このため、マスクの自重による撓み量によりマスクを平坦にすることが難しくなっており、また、基板を保持する基板保持部の上面も平坦にすることが困難になっている。ギャップが不均一であると、露光むらや解像度の低下等、露光精度の低下に繋がる。

特許文献１に記載の露光装置では、マスクの撓みに応じて基板を撓ませるように、板厚の薄い基板保持部を使用したり、薄い基板保持部の下部空間を吸引したりして、基板とマスクとの間のギャップを均一化することが提案されている。
特開平９−１２９５４８号公報（第１図）

ところで、特許文献１に記載の露光装置は、マスクの自重による撓みのような中心から外側へ一様に湾曲する場合にはギャップを均一調整可能であるが、チャックによるマスクや基板の部分的な湾曲に対してはギャップを均一化できないという課題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスクと基板との間のギャップを均一化でき、露光精度を向上することができる基板保持機構及びフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 基板を保持する基板保持機構であって、
基台に対して複数の支柱を介して支持される基板保持部と、
前記隣接する支柱間に配置され、前記基板保持部の上面の平坦度を補正するように前記基板保持部を下面から押圧する複数の押圧機構と、
を備えることを特徴とする基板保持機構。

（２） （１）に記載の基板保持機構を備えたフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法であって、
マスクと前記基板保持部上の基板とのギャップ量をギャップセンサで測定する工程と、
前記測定されたギャップ量に基づいて、前記マスクと前記基板とのギャップを均一化するように、前記押圧機構によって前記基板保持部を下面から押圧する工程と、
を備えることを特徴とするフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法。

本発明の基板保持機構によれば、基台に対して基板保持部を支持する複数の支柱間に、基板保持部の上面の平坦度を補正するように基板保持部を下面から押圧する複数の押圧機構、を備えるので、基板保持部に保持される基板の平坦度を補正することができる。

また、上記基板保持機構を使用し、マスクと基板保持部上の基板とのギャップ量をギャップセンサで測定し、測定されたギャップ量に基づいて、マスクと基板とのギャップを均一化するように、押圧機構によって基板保持部を下面から押圧することで、マスクと基板との間のギャップを均一化でき、露光精度を向上することができる。

以下、本発明に係る基板保持機構、及びフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の基板保持機構を搭載した分割逐次近接露光装置を説明するための一部分解斜視図、図２は図１に示す分割逐次近接露光装置の正面図、図３は基板保持機構の上面図、図４は本発明に係る分割逐次近接露光装置の制御装置の構成を示すブロック図、図５は、基板保持方法のギャップセンサによる測定箇所を示す側面図であり、図６は、ギャップセンサによる測定箇所を示す基板保持部の上面図である。

図１に示すように、分割逐次近接露光装置ＰＥは、露光パターンを有するマスクＭをｘ、ｙ、θ方向に移動可能に保持するマスクステージ１０と、被露光材としてのガラス基板Ｗをｘ、ｙ、ｚ方向に移動可能に保持する基板ステージ２０と、パターン露光用の光をマスクＭを介して基板Ｗに照射する照明光学系８０と、から主に構成されている。

なお、ガラス基板Ｗ（以下、「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に描かれた転写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。

説明の便宜上、照明光学系８０から説明すると、照明光学系８０は、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ８１と、この高圧水銀ランプ８１から照射された光を集光する凹面鏡８２と、この凹面鏡８２の焦点近傍に切替え自在に配置された二種類のオプチカルインテグレータ８３と、光路の向きを変えるための平面ミラー８５，８６及び球面ミラー８７と、この平面ミラー８５とオプチカルインテグレータ８３との間に配置されて照射光路を開閉制御する露光制御用シャッター８４と、を備える。

そして、照明光学系８０では、露光時に露光制御用シャッター８４が開制御されると、高圧水銀ランプ８１から照射された光が、図１に示す光路Ｌを経て、マスクステージ１０に保持されるマスクＭ、さらには基板ステージ２０に保持される基板Ｗの表面に対して垂直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の転写パターンが基板Ｗ上に露光転写される。

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、マスクＭを保持するマスク保持枠１２と、マスクステージベース１１の上面に設けられ、マスク保持枠１２をｘ軸，ｙ軸，θ方向に移動させるマスク位置調整機構１３とを備える。

マスクステージベース１１は、基板ステージ側の装置ベース５０上に立設される複数の支柱５１に支持されており、マスクステージベース１１と支柱５１との間に設けられたｚ軸粗動機構５２（図２参照）によりマスクステージベース１１は装置ベース５０に対して昇降可能である。

マスク保持枠１２には、マスクＭの転写パターンが描かれていない周縁部を吸着するための図示しない複数の吸引ノズルが下面に開設されており、図示しない真空吸着機構によってマスクＭを着脱自在に保持する。

マスク位置調整機構１３は、マスク保持枠１２を駆動する各種シリンダ１３ｘ、１３ｘ、１３ｙ等のアクチュエータと、マスクステージベース１１とマスク保持枠１２との間に設けられた図示しないガイド機構等により、マスク保持枠１２をｘ軸，ｙ軸，θ方向に移動させる。

また、マスクステージ１０は、マスクＭと基板Ｗとの対向面間の所定のギャップを測定する複数のギャップセンサ１７（本実施形態では、８個）と、マスクＭ側の図示しないアライメントマークと基板Ｗ側の図示しないアライメントマークとを撮像して、マスクＭと基板Ｗとの平面ずれ量を検出する複数のアライメントカメラ１８（本実施形態では、４個）と、マスクＭを必要に応じて遮蔽するマスキングアパーチャ１９と、をさらに備える。なお、ギャップセンサ１７とアライメントカメラ１８は、マスク保持枠１２の辺部に沿って駆動可能に配置されてもよい。また、図１では、マスキングアパーチャ１９は、開口１１ａのｘ方向の両端部のみ示されているが、ｙ方向の両端部にも設けられている。

基板ステージ２０は、基板Ｗを保持する基板保持機構２１と、基板保持機構２１を装置ベース５０に対してｘ、ｙ、ｚ方向に移動する基板移動機構２２と、を備える。

基板保持機構２１は、図１〜図３に示すように、基台２３に対して複数の支柱２４（本実施形態では、４本）を介して支持される基板保持部２５と、隣接する支柱２４間に配置され、基板保持部２５を下面から押圧する複数の押圧機構２６（本実施形態では、５つ）と、を有する。一方、基板移動機構２２は、基板保持機構２１の基台２３の下方に、ｙ軸テーブル２７、ｙ軸送り機構２８、ｘ軸テーブル２９、ｘ軸送り機構３０、及びｚ−チルト調整機構３１を備える。

基板保持部２５には、上面に基板Ｗを吸引するための図示しない複数の吸引ノズルが開設されており、図示しない真空吸着機構によって基板Ｗを着脱自在に保持する。さらに、基板保持部２５には、図示しないワークローダによって搬送された基板Ｗを受け取るためのピンが上面から進退するための図示しないピン孔が形成されている。また、押圧機構２６は、互いに対向するくさび面を有するくさび状の移動体３２，３３と、くさび状の移動体３３を移動する送り駆動機構３４とを備えて構成される。そして、送り駆動機構３４によってくさび状移動体３３を移動することで、くさび状の移動体３２，３３の互いのくさび面の対向位置が変化し、基板保持部２５の下面に固定されたくさび状移動体３２が、基板保持部２５の下面を押圧する。

ｙ軸送り機構２８は、図２に示すように、リニアガイド３５と送り駆動機構３６とを備えて構成され、ｙ軸テーブル２７の裏面に取り付けられたスライダ３７が、転動体（図示せず）を介して装置ベース５０上に延びる２本の案内レール３８に跨架されると共に、モータ３９とボールねじ装置４０とによってｙ軸テーブル２７を案内レール３８に沿って駆動する。

なお、ｘ軸送り機構３０もｙ軸送り機構２８と同様の構成を有し、ｘ軸テーブル２９をｙ軸テーブル２７に対してｘ方向に駆動する。また、ｚ−チルト調整機構３１は、くさび状の移動体４１，４２と送り駆動機構４３とを組み合わせてなる可動くさび機構をｘ方向の一端側に１台、他端側に２台配置することで構成される。なお、送り駆動機構３４，３６，４３は、モータとボールねじ装置とを組み合わせた構成であってもよく、固定子と可動子とを有するリニアモータであってもよい。また、ｚ-チルト調整機構３１の設置数は任意である。

これにより、基板移動機構２２は、基板保持部２５をｘ方向及びｙ方向に送り駆動するとともに、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップを微調整するように、基板保持部２５をｚ軸方向に微動且つチルト調整する。また、基板保持機構２１の押圧機構２６も、マスクＭと基板Ｗとの間の各対向位置でのギャップを微調整するよう、基板保持部２５の上面の平坦度を補正する。

基板保持部２５のｘ方向側部とｙ方向側部にはそれぞれバーミラー６１，６２が取り付けられ、また、装置ベース５０のｙ方向端部とｘ方向端部には、計３台のレーザー干渉計６３，６４，６５が設けられている。これにより、レーザー干渉計６３，６４，６５からレーザー光をバーミラー６１，６２に照射し、バーミラー６１，６２により反射されたレーザー光を受光して、レーザー光とバーミラー６１，６２により反射されたレーザー光との干渉を測定し、基板ステージ２０の位置を検出する。

制御装置７０は、図４に示すように、アライメントカメラ１８、ギャップセンサ１７、レーザー干渉計６３，６４，６５からの検出信号を検出値として読み込むためのＡ／Ｄ変換機能を有する入力インターフェース回路７０ａと、演算処理装置７０ｂと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置７０ｃと、演算処理装置７０ｂで得られた制御信号を、マスク位置調整機構１３、基板移動機構２２、押圧機構２６、ｚ軸粗動機構５２、露光制御用シャッター８４の各駆動回路に出力する出力インターフェース回路７０ｄとを備えている。

制御装置７０は、照明光学系８０のシャッター開制御、基板移動機構２２の送り制御、ステップ送り誤差量の演算、アライメント調整時の補正量の演算、ギャップ調整時のｚ−チルト調整機構２７の駆動制御及び押圧機構２６の駆動制御、本装置に組み込まれた殆どのアクチュエータの駆動及び所定の演算処理をマイクロコンピュータやシーケンサ等を用いたシーケンス制御を基本として実行する。

上記構成のステップ式近接露光装置ＰＥでは、マスク保持枠１２にマスクＭが保持され、基板保持部２１に基板Ｗが保持された状態で、制御装置７０がアライメントカメラ１８、ギャップセンサ１７、レーザー干渉計６３，６４，６５の検出信号に基づき、マスク位置調整機構１３を駆動制御して基板保持部２１に対するマスクＭの初期位置を合わせ、ｚ軸粗動機構５２、ｚ−チルト調整機構２７、押圧機構２６を駆動制御してマスクＭと基板Ｗとの対向面間を所定のギャップに調整して、互いに近接配置する。

そして、露光制御用シャッター８４を所定の時間だけ開くと、照明光学系８０からのパターン露光用の光が、マスクＭを介して基板Ｗに照射される。これにより、マスクＭの転写パターンが基板Ｗに露光転写される。また、ステップ露光を行なう際には、ｙ軸送り機構２８、ｘ軸送り機構３０を駆動して、基板WをマスクMに対してステップ移動させ、上記と同様に、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップ調整及びアライメント調整を行った後、露光転写が行なわれる。

ここで、本実施形態のマスクＭと基板Ｗとの間のギャップを均一化するため、基板保持機構２１を用いて制御する方法について、以下説明する。

（ｉ）まず、基板保持部２５に基板Wを搭載し、これらの間に隙間が生じないように吸着固定する。この状態で、図５に示すように、マスクMの上面（１層目）、マスクMの下面（２層目）、基板Wの上面（３層目）、基板Wの下面（４層目）の位置をギャップセンサ１７により測定して、マスクMと基板Wとの間のギャップ量を検出する。この検出は、図６に示すように、マスクMの全領域に亙って、所定の間隔で一方向に順に走査することで、連続的に測定される。
（ｉｉ）次に、上記取得されたギャップ量を元に、基板保持部２５の撓み量をデータ化する。
（ｉｉｉ）そして、上記撓み量のデータを用いて、例えば、３D−ＣＡＤのシュミレーション機能のような、シュミレーションソフトによって、３次元で撓み量を把握する。
（ｉｖ）さらに、把握された撓み量を元に、応力計算にて応力分布が最適となる押圧機構２６のストローク量を算出する。
（ｖ）その後、上記ストローク量に基づいて、押圧機構２６の送り駆動機構３４のモータを駆動して、基板保持部２５の平坦度を補正する。
（ｖｉ）補正後、再度（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程を行い、補正後の実測値を確認する。そして、ギャップ量が均一化されている場合には露光動作へと移行し、再度補正が必要な場合には、上記（ｉｖ）及び（ｖ）の工程を繰り返す。
なお、（ｉ）〜（ｖｉ）の結果をデータベース化することで、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）の工程を省略することもできる。

以上説明したように、本実施形態の基板保持機構２１は、基台２３に対して基板保持部２５を支持する複数の支柱２４間に、基板保持部２５の上面の平坦度を補正するように基板保持部２５を下面から押圧する複数の押圧機構２６、を備えるので、基板保持部２５に保持される基板Ｗの平坦度を補正することができる。

これにより、基板保持機構２１は、問題となるメカ組付け精度のばらつきによる基板保持部２５の固体差に対し、そのばらつきを数値化し自動調整する仕組みとなるため、平坦度調整における作業時間の短縮が見込まれる。

また、上記基板保持機構２１を使用し、マスクＭと基板保持部２５上の基板Ｗとのギャップ量をギャップセンサ１７で測定し、測定されたギャップ量に基づいて、マスクＭと基板Ｗとのギャップを均一化するように、押圧機構２６によって基板保持部２５を下面から押圧することで、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップを均一化でき、露光精度を向上することができる。特に、露光結果により線幅等のムラがわかっている場合、ムラ位置に対してピンポイントにて補正することが可能である。また、定期的に本作業を実施することにより、基板保持部２５の撓み量の経時変化による対応が可能となる。

なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明の基板保持機構は、上記露光装置以外に、インクジェット方式のカラーフィルタ基板の製造装置等にも適用可能である。
また、本実施形態では、押圧機構２６をくさび状の移動体３２，３３と送り駆動機構３４によって構成したが、ピストンとシリンダを用いて押圧する構成であってもよい。

図１は本発明の基板保持機構を搭載した分割逐次近接露光装置を説明するための一部分解斜視図である。 図１に示す分割逐次近接露光装置の正面図である。 基板保持機構の上面図である。 本発明に係る近接露光装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 基板保持方法のギャップセンサによる測定箇所を示す側面図である。 ギャップセンサによる測定箇所を示す基板保持部の上面図である。

符号の説明

１０ マスクステージ
１２ｂ 開口
１４ チャック部（保持部）
２０ 基板ステージ
２１ 基板保持機構
２３ 基台
２４ 支柱
２５ 基板保持部
２６ 押圧機構
Ｍ マスク
ＰＥ 露光装置（分割逐次近接露光装置）
Ｗ ガラス基板（被露光材）

Claims (2)

1. 基板を保持する基板保持機構であって、
   基台に対して複数の支柱を介して支持される基板保持部と、
   前記隣接する支柱間に配置され、前記基板保持部の上面の平坦度を補正するように前記基板保持部を下面から押圧する複数の押圧機構と、
   を備えることを特徴とする基板保持機構。
2. 請求項１に記載の基板保持機構を備えたフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法であって、
   マスクと前記基板保持部上の基板とのギャップ量をギャップセンサで測定する工程と、
   前記測定されたギャップ量に基づいて、前記マスクと前記基板とのギャップを均一化するように、前記押圧機構によって前記基板保持部を下面から押圧する工程と、
   を備えることを特徴とするフラットパネルディスプレイ基板用露光装置の基板保持方法。

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