JP2008276040A - マスクステージ - Google Patents

Abstract

【課題】マスクの開口部における自重たわみを防ぐとともに、マスクを平面度良く保持できるようにすること。
【解決手段】マスク２０をリップシール３に接触するまで上昇させ、ステージベース１１と光透過性部材４とマスク２０とリップシール３により囲まれた空間を減圧する。マスク２０は大気圧に押されて持ち上げられ、マスク２０は３ヶ所に設けられた固定式の支持体１と、複数箇所に設けられた上下に変位可能な変位式支持体２に接触する。マスク２０の自重たわみがなくなるまで、開口部１１ａの圧力を減圧し、変位式支持体２のエアロック機構２ｄにより変位式支持体２が上下に変位しないように固定する。そして固定式の支持体１と変位式支持体２の真空吸着部１ｂ，２ｉに真空を供給し、マスク２０を吸着保持させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、露光装置や液晶パネルの貼り合せ装置に使用されるマスクを保持するためのマスクステージに関する。

マスク（レチクルと呼ばれることもある）に形成されたパターンを基板（ワーク）に露光する露光装置においては、露光光が、マスクを介して感光剤を塗布したワークに照射される。
また、２枚の透明基板間に液晶を挟んで貼り合す液晶パネルの貼り合せ装置においては、透明基板間に塗布されている光硬化性の接着剤にのみ光を照射するよう透光部を形成したマスクを介して、光が照射される。
このようなパターンや透光部を形成したマスクは、露光装置やパネルの貼り合せ装置において、マスクステージと呼ばれるマスク保持手段により固定保持される。
図８に従来のマスクステージを示す。なお、同図に示すマスクステージは、その下面側にマスクを保持する構造である。ワークに対して上から光を照射する光照射装置においては、このようにマスクステージの下面にマスクを保持し、マスクとワークを近接させて光を照射する構成が取られることが多い。

マスクステージ１０は、主に、パターンが形成されたマスク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。
このようなステージ移動機構１２は、ステージベース１１に保持されたマスク２０の位置を調整するために使用される。
ステージベース１１には、マスク２０を介してワーク（不図示）に照射される光が通過する開口１１ａが設けられている。
また、開口１１ａの周辺部には、マスク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すれたりするなど、露光や光照射の精度が悪くなる。
また、マスクが大型化すると、マスクの自重によりマスクが撓む。このようにマスクの自重により生ずるマスクのゆがみを補正するため、マスクの上方に密閉空間を設け、この空間の圧力を調整して、マスクの下面が平面となるようにしたマスク支持装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平４−１１０８５５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、年々大型化している。例えば、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ことにより次の２つの問題が生じる。
（１）第１の問題：マスクステージのステージベースの加工にかかわる問題。
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７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く、さらに、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。
また、たとえ精度良く加工できたとしても、大型のステージベースは重いので、平面度にゆがみが生じないように露光装置や貼り合せ装置に取り付けることが難しい。

その対策として、ステージベース１１によりマスク２０の全周を吸着保持する方法に変えて、図９に示すように、ステージベース１１の上に支持体１３を立て、マスク２０を３点で支持することが考えられる。マスクは精度の良い平面の板であるから、３点支持すれば、理想的には平面になるはずである。
しかし、図９に示すように、マスク２０が大きくなると、３点のみの支持では、マスクの支持されていない部分で、図中矢印で示すように、自重によるたわみが生じる。マスク２０にたわみが生じると、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すれたりするなど、露光や光照射の精度が悪くなる。

（２）第２の問題：マスクの自重たわみにかかわる問題。
上記では、３点の支持体による支持では、支持体により支持されていないマスク２０の周辺部が自重により、たわむと述べた。しかし、マスク２０の自重たわみは、支持体１３のないステージベース１１の開口部でも生じる。ステージベース１１の開口部でのマスク２０のたわみは、従来のマスク２０の全周を吸着保持する方法であっても生じる。
ステージベース１１の開口部におけるマスクたわみを防ぐことについては、例えば前記特許文献１で、前述した次のような提案がなされている。
すなわち、ステージベースの下面にマスクを保持し、マスクステージの上面に光を透過するガラスのような透光板を設ける。透光板とマスクステージとマスクにより閉空間を形成しこの閉空間を減圧する。マスクは自重により下方向にたわむが、上記閉空間が減圧されることにより、マスクは大気圧により上方に押されてたわみが解消される。

しかし、このたわみ補正の方法も、ステージベースのマスクを保持する面の平面度が良いことが条件であり、ステージベースの平面度が悪ければ、ステージベースの開口部におけるマスクのたわみは解消されたとしても、マスクはステージベースにゆがんだまま保持されることになる。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の課題は、大型のマスクを保持するマスクステージにおいて、マスクの開口部における自重たわみを防ぐとともに、ステージベースを平面度良く加工することなく、マスクを平面度良く保持できるようにすることである。

本発明においては、上記課題を次のように解決する。
本発明のマスクステージは、光が通過する開口部が形成されたステージベースと、このステージベースの上面に上記開口部を覆うように取り付けられる光透過性部材と、ステージベースの下面に設けられたマスクを支持するマスク支持機構と、ステージベースの全周に渡って設けられたシール材と、ステージベースと光透過性部材とマスクとシール材に囲まれた空間を減圧する真空供給手段（減圧手段）とを備える。
上記マスク支持機構は、高さが不変の３個の固定式の支持体と、ステージベースに対して上下動可能に取り付けられた少なくとも一個以上の変位式の支持体とから構成される。 固定式の支持体は、上記ステージベースに回転軸受けを介して取り付けられマスクを保持する真空吸着部を有する支持体から構成される。また、可動式の支持体は、可動部材と、可動部材の位置を保持する保持手段と、可動部材に回転軸受けを介して取り付けられたマスク保持部材とから構成される。
そして、固定式支持体の真空吸着部に真空を供給して、固定式支持体によりマスクを吸着保持し、また、変位式支持体の真空吸着部に真空を供給し、変位式支持体の真空吸着部をマスクに吸着させ、ステージベースと光透過性部材とマスクとシール材により囲まれた空間を減圧し、マスクが大気圧により持ち上げられ、たわみがなくなった状態で、マスクが持ち上がったことにより移動した変位式支持体の位置を固定する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）マスクステージにおいて、マスクを保持するステージベースに、３個の高さが不変の固定式の支持体と１個以上の高さが可変の変位式の支持体とを設け、固定式の支持体と変位式の支持体によりマスクを保持しているので、マスクを平面度よく保持することが可能となる。特に、ステージベースを平面度良く加工することなく、マスクを平面に保持することができ、ステージベースの製作が容易で安価となる。
また、ステージベースと光透過性部材とマスクとシール材に囲まれた空間を減圧しているので、自重によるマスクのたわみを補正することができ、マスクが大型化しても、ステージベースの開口部におけるマスクたわみを防ぐことができる。
（２）本発明のマスクステージを露光装置のマスクの支持に使用することで、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、露光や光照射の精度の悪化を防ぐことができる。

図１、図２、図３に本発明の実施例のマスクステージの構成を示す。
図１はマスク取り付け面側から見たステージベースの構成を示し、説明が容易なように、マスクを保持する面を上にしたステージベースが示されている。なお、同図ではステージベースをＸＹθ（Ｚ）方向に移動させる移動機構は省略されている。
ステージベース１１には、マスク支持機構として、３個の固定式の支持体１と、５個の変位式の支持体２が設けられる。この固定式の支持体１と変位式の支持体２により、図示しないマスクが保持される。なお、変位式の支持体２の個数は、５個に限るものではなく、たわみが生じそうな部分に適宜設ける。
ステージベース１１の周辺部には、全周を囲むようにシール材３（以下、リップシール３ともいう）が取り付けられている。

ステージベース１１の、光が通過する開口部１１ａの側壁には、真空供給孔１１ｃが設けられ、ステージベース１１に取り付けられた減圧配管１１ｄから真空が供給される。この減圧配管１１ｄに真空が供給されると、後述するように、ステージベース１１と図示しない光透過性部材とマスクとシール材３に囲まれた空間が減圧される。なお、真空供給孔１１ｃを設ける位置は開口部１１ａの側壁に限られない。

図２は、ステージベースをマスクを取り付ける側とは反対側から見た図である。同図に示すように、ステージベース１１の、マスクを取り付ける側とは反対側には、ステージベース１１の開口部１１ａを覆う光透過性基板４（例えば石英板）が取り付けられる。なお、変位式の支持体２はステージベースのマスクを取り付ける側の反対側に突出しており、同図には、５個の変位式の支持体２が示されている。

図３は、ステージベースに上記光透過性基板４とマスク２０を取り付けた時のマスクステージの断面図（図１のＡ−Ａ断面図）であり、同図は、マスク２０が固定式支持体１、変位式支持体２に吸着される直前の状態を示している。同図は、ステージベース１１の下側にマスクを保持するマスクステージを示している。
ステージベース１１の上面、すなわちマスクを取り付ける側とは反対側に、ステージベース１１に形成されている開口を覆うように、光透過性基板４が置かれている。光透過性部材の材質は、ワークに照射する波長の光が透過するものが選択される。例えば波長の短い紫外線を透過させる場合は石英板を用いる。
ステージベース１１の開口部１１ａの側壁に真空供給孔１１ｃが設けられ、真空供給孔１１ｃは減圧配管１１ｄに連通している。また、ステージベース１１には固定式支持体１、変位式支持体２が取り付けられている。なお、固定式支持体１、変位式支持体２の構造については後述する。
同図に示すように、ステージベースの下側からマスク２０を接近させ、マスク２０がシール材３に接触すると、シール材３とマスク２０と光透過性基板４とステージベース１１の開口部１１ａで、密閉空間が形成される。減圧配管１１ｄから真空を供給することにより、この空間が減圧される。

図４に固定式の支持体の構造を示す。同図は、図１のＣ−Ｃ’断面図である。
ステージベース１１の上に回転軸受け１ａを介して、表面に真空吸着溝１ｃが形成されたマスク保持部材である真空吸着部１ｂが取り付けられている。真空吸着部１ｂには真空配管１ｄが接続されている。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。
このような固定式の支持体１は、ステージベースの３ケ所に、ほぼ均等な間隔で配置される。
図５に変位式の支持体の構造を示す。同図は、図３のＢ−Ｂ’断面図である。
図５において、ステージベース１１には貫通孔１１ｅが形成され、この貫通孔１１ｅに可動部材であるシャフト２ａが通され、シャフト２ａは貫通孔１１ｅ内を上下する。なお、貫通孔１１ｅには、シャフト２ａが上下移動する際に斜めにならないように、ガイド２ｂが形成されている。
シャフト２ａのマスク２０が取付けられる側の端部には、回転軸受け２ｈを介し、マスク保持部材である真空吸着部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。
ステージベース１１の貫通孔１１ｅから図面上側（マスク２０が取付けられる側とは反対側）に伸びているシャフト２ａの両側には、シャフト２ａの位置を保持する保持手段であるエアロック機構２ｄのパッド２ｃが設けられている。

ステージベース１１の開口部１１ａにマスク２０のたわみを防ぐための真空が供給され、マスク２０は、たわまない状態で、変位式支持体２の真空吸着部２ｉに接触し、真空吸着部２ｉを図面上方に押す。シャフト２ａは図面上方に移動する。
この時、エアロック機構２ｄにエアが供給されると、パッド２ｃによりシャフト２ａが挟まれて固定され、真空吸着部２ｉは上下動できなくなる。
真空吸着部２ｉの真空吸着溝２ｊに真空が供給され、真空吸着部２ｉはマスク２０を吸着保持する。これにより、マスク２０は固定式の支持体１と変位式の支持体２に保持される。
このような変位式の支持体２は、ステージベース１１の固定式の支持体１が設けられている場所以外に、１個以上、たわみを防ぐのに必要な数だけ配置する。
なお、変位式の支持体２を設けることにより、マスクの自重たわみ等を防ぐことができるばかりでなく、マスク２０とワークを接近離間させたときに生ずる振動等により、マスクにゆがみが生ずるのを防止することができる。すなわち、マスクとワークを接近させると、マスクとワークの間の空気が押し出され、接近速度にもよるが、マスクには比較的大きな力が作用する。上記変位式支持体を設けることで、このような力によりマスクがゆがんだり変形することを防ぐことができる。

次に、前記図３により、マスクをステージベースに取り付ける手順を説明する。同図は、ステージベース１１の下側にマスクを保持するマスクステージを示している。
（１）ステージベース１１の上側、即ちマスクを取り付ける側とは反対側に、ステージベース１１に形成されている開口を覆うように光透過性部材４を置く。
（２）マスク２０を、ステージベース１１の下側から接近させ、マスク２０がリップシール３に接触する程度に接近した段階で、ステージベース１１に取り付けられた減圧配管１１ｄを介して、ステージベース１１の開口部１１ａの側壁の真空供給孔１１ｃに真空を供給する。
（３）ステージベース１１と光透過性部材４とマスク２０とリップシール３により囲まれた空間が減圧される。マスク２０は大気圧に押されて持ち上げられる。マスク２０が持ち上げられることにより、マスク２０は３ヶ所の固定式の支持体１の真空吸着部１ｂと、変位式支持体２の真空吸着部２ｉに接触する。マスク２０は３ヶ所の固定式の支持体１により平面が決まる。

（４）マスク２０の自重たわみがなくなるまで、ステージベース１１の開口部１１ａの圧力を減圧する。マスク２０に接触している変位式支持体２の真空吸着部２ｉがマスク２０の自重たわみがなくなることにより、ステージベース１１の方向に押され、これによりシャフト２ａが上昇する。即ち、変位式支持体２が上昇する。この状態でマスク２０に自重たわみがなくなる。
この状態で変位式支持体２のエアロック機構２ｄを動作させ、パッド２ｃにより固定ディスク２ｇを挟み込む。
なお、マスタ２０の自重たわみをなくする圧力は、マスク２０の面積と圧力から計算により求めることができる。

（５）３ヶ所の固定式の支持体１の真空吸着部１ｂと、変位式支持体２の真空吸着部２ｉに真空を供給しマスク２０を保持する。これにより、変位式支持体２は、マスクを自重たわみがない状態で吸着保持することになる。
３ヶ所の固定式の支持体１の真空吸着部１ｂと、変位式支持体２の真空吸着部２ｉによりマスク２０を吸着保持することにより、マスク２０に図面左右方向の力が加わった場合の横ずれや、図面下方方向に力が加わった場合のマスクはがれを防ぐことができる。
また、ステージベース１１の周辺部にはマスク２０のたわみを補正する減圧雰囲気を維持するために全周にわたって、リップシール３が設けられている。このリップシール３は、マスク２０が固定式支持体１により吸着保持されるとき、マスク２０の平面性を損なうことがないように、十分に柔らかいものを選択する。
なお、エアロック機構２ｄにより変位式支持体２の位置（高さ）を固定する理由は、前述したように、このようなマスクステージを搭載する光照射装置の動作するときの振動（例えばワークステージ（不図示）が露光の前後においてマスクステージに接近離間する時の振動）が、マスクに伝わるのを防ぐためである。
以上により、マスク２０は、ステージベース１１に、自重たわみがなく、かつ平面度良く保持される。

（６）このようにしてマスク２０の自重たわみがキャンセルされた状態で、光照射が行われる。即ち、光照射を行うワークがワークステージ（不図示）に載置される。ワークステージが上昇してマスクとワークが接近し、光照射部（不図示）から光（露光光）が照射される。
露光光は、マスクステージの上部から照射され、マスクステージに保持されている光透過性部材４、ステージベース１１の開口部１１ａを通過して、マスク２０に照射される。ワークには、マスク２０に形成されたパターンに応じて光が照射される。
ステージベース１１と光透過性部材４とマスク２０とリップシール３により囲まれた空間への真空の供給は、ワークの露光時を含め、本マスクステージが搭載された光照射装置が動作している間は継続して行われ、マスク２０の自重がキャンセルされる圧力を維持するよう調整が行われる。
これは、装置動作中に、急激な外部環境の変化により、マスクのたわみが生じたり、逆に持ち上がったりして、マスクとワークが接触したり、露光精度が悪化することがないようにするためである。

なお、図３においては、ステージベース１１の周りのシール材（リップシール３）を、固定式の支持体１および変位式の支持体２の外側に設けている。しかし、図６に示すように、リップシール３は、固定式の支持体１および変位式の支持体２の内側に設けても良く、図３あるいは図６のいずれの構成でもかまわない。
通常、マスクは石英を精度良く平面に加工して製作されるため、寸法が大きくなるほど高価になる。そのため、マスクの寸法を少しでも小さくできるように、支持体やシール材の位置は適宜設計される。

ところで、図５において、変位式の支持体２のシャフト２ａ、真空吸着部２ｉなどの重量が大きいと、マスク２０を上昇させ変位式の支持体２に接触させたとき、支持体２の重量によりマスク２０がたわむ可能性がある。
このように、変位式の支持体２の重量が問題となる場合には、変位式の支持体２の構造を以下に説明するように自重をキャンセルする機構を持つ構成とするのが望ましい。
図７に上記自重をキャンセルする機構を持つ変位式の支持体の構成例を示す。同図は図３のＢ−Ｂ断面図を示している。
図７において、ステージベース１１の下に、押しばね２ｎを介して中間台２ｍが設けられ、中間台２ｍの下部には回転軸受け２ｈを介し、マスク保持部材である真空吸着部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。
中間台２ｍの両側には、可動部材である固定ディスク（例えば板ばね）２ｇの一端が取り付けられている。固定ディスク２ｇは、ステージベース１１を貫通して延びており、固定ディスク２ｇのもう一方の端は、ステージベース１１の反対側で、第２の中間台２ｐに取り付けられている。
第２の中間台２ｐが取り付けられている側の、固定ディスク２ｇの両側には、固定ディスク２ｇの位置を保持する保持手段であるエアロック機構２ｄのパッド２ｃが設けられている。真空吸着部２ｉに、図面下方から力が加わると、ばね２ｎが縮んで、真空吸着部２ｉは図面上方に移動する。この時、エアロック機構２ｄにエアが供給されると、パッド２ｃは図面矢印方向に移動し、固定ディスク２ｇが挟まれ固定され、真空吸着部２ｉは上下動できなくなる。

ステージベース１１の、真空吸着部２ｉが設けられる側とは反対側には、エアシリンダ２ｅが設けられ、そのシャフト２ｆは、第２の中間台２ｐに接続されている。
このエアシリンダ２ｅは、ばね２ｎの動作を補助するために設けられるものである。即ち、エアシリンダ２ｅは、変位式支持体全体の自重をキャンセルするとともに、ばね２ｎにその弾性を超える力がかかるような場合、その超過する力を負担する。
このような変位式の支持体２は、前述したように、ステージベース１１の固定式の支持体１が設けられている場所以外に、１個以上、たわみを防ぐのに必要な数だけ配置され、固定式の支持体１と組み合わせて使用される。
なお、図７に示した変位式の支持体２を使用した場合の、マスクをステージベースに取り付ける手順は前記図３で説明したのと同様である。

本発明の実施例のマスクステージの構成を示す図（マスク取り付け面側から見た図）である。 本発明の実施例のマスクステージの構成を示す図（マスクを取り付面の反対側から見た図）である。 本発明の実施例のマスクステージの断面図である。 固定式の支持体の構造例を示す図である。 変位式の支持体の構造例を示す図である。。 リップシールを固定式支持体、変位式支持体の内側に設けた場合を示す図である。 変位式の支持体の他の構造例を示す図である。 従来のマスクステージを示す図である。 ステージベース上に支持体を立てマスクを３点で支持した場合を示す図である。

符号の説明

１ 固定式の支持体
１ａ 回転軸受け
１ｂ 真空吸着部
１ｃ 真空吸着溝
１ｄ 真空配管
２ 変位式の支持体
２ａ シャフト
２ｂ ガイド
２ｃ パッド
２ｄ エアロック機構
２ｈ 回転軸受け
２ｉ 真空吸着部
２ｊ 真空吸着溝
３ リップシール（シール材）
４ 光透過性基板
１１ ステージベース
１１ａ 開口部
１１ｃ 真空供給孔
２０ マスク

Claims (1)

1. 光が通過する開口部が形成されたステージベースと、
   上記ステージベースの上面に上記開口部を覆うように取り付けられる光透過性部材と、 上記ステージベースの下面に設けられたマスクを支持するマスク支持機構と、
   上記ステージベースの全周に渡って設けられたシール材と、
   上記ステージベースと光透過性部材とマスクとシール材に囲まれた空間を減圧する真空供給手段とを備えたマスクステージにおいて、
   上記マスク支持機構は、
   上記ステージベースに回転軸受けを介して取り付けられマスクを保持する真空吸着部を有する高さが不変の３個の固定式の支持体と、
   ステージベースに対して上下動可能に取り付けられた可動部材と、可動部材の位置を保持する保持手段と、可動部材に回転軸受けを介して取り付けられたマスク保持部材とから構成される少なくとも一個以上の変位式の支持体とから構成される
   ことを特徴とするマスクステージ。

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