JP2011164407A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク保持部のフレームの熱変形を抑制して、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】マスクステージベース１１は、複数の中空フレーム９１〜９４によって構成されており、中空フレーム９１〜９４の内部には、サーマルチャンバ８０内に供給されるエアと共に温調されたエアが供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、露光装置に関する。

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。また、従来の露光装置では、露光環境の温度変化による露光精度の低下を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

例えば、特許文献１に記載の露光装置を備えた露光システムでは、露光環境の温度を一定に保つべく、露光装置をサーマルチャンバ内に収容する。また、温度検出装置を露光ステージに取り付け、露光ステージに載置される基板の温度に応じて、露光ステージの移動量を補正している。

また、特許文献２に記載の露光装置では、ウェハステージ上で基準マークが形成された基準部材に温度センサが取り付けられ、温調装置によって基準部材の温度調整を行っている。さらに、特許文献３に記載の露光装置では、マスクフレームに導電性を有する材料を使用して、マスクフレームを通電加熱して、ウェハとマスクフレームとの温度差によってウェハとマスクとを位置合わせすることが記載されている。

特許第４３１３０６４号公報 特許第３７３５８４９号公報 特開平１０−２４２０２０号公報

ところで、マスクを保持するマスク保持部はフレーム構造で組まれた構造体であり、光源からの熱によりフレーム構造が伸縮して露光精度が損なわれる可能性がある。しかしながら、特許文献１及び２に記載の露光装置では、ワークを保持するワーク保持部の温度調整を行っているが、マスク保持部については考慮されていない。また、特許文献３に記載の露光装置では、積極的にマスクフレームの温度を変化させて露光精度を与えるものであり、マスクフレームが光源からの熱を受けてしまうような場合には、十分に対処することができなかった。

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、マスク保持部のフレームの熱変形を抑制して、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、下記の構成により達成される。
（１） マスクを保持するマスク保持部と、
該マスク保持部を水平方向に駆動可能に保持するマスクステージと、
被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部に保持された前記ワークに、露光用光を前記マスクを介して照射する照明光学系と、
を備える露光装置であって、
前記マスクステージは、複数の中空フレームによって構成されており、該中空フレームの内部には流体が供給されることを特徴とする露光装置。
（２） 前記マスクステージは、略矩形状のマスク保持部を囲うように配置された、互いに平行な一対の第１中空フレームと、該第１中空フレームより短い互いに平行な一対の第２中空フレームと、によって構成され、
前記第２中空フレームの両端部が対向する前記第１中空フレームの側壁には、前記流体が流通する連通孔が形成されることを特徴とする（１）に記載の露光装置。
（３） 少なくとも１本の前記中空フレームには、前記ワークの露光領域に向けて前記流体を供給するノズルが取り付けられることを特徴とする（１）又は（２）に記載の露光装置。
（４） 前記露光装置は、サーマルチャンバ内に収容され、
前記中空フレームに供給される前記流体は、前記サーマルチャンバ内に供給されるエアと共に温調されたエアであることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の露光装置。

本発明の露光装置によれば、マスクステージは、複数の中空フレームによって構成されており、中空フレームの内部には流体が供給されるので、該中空フレームの熱変形を抑制して、露光精度を向上することができる。

本発明に係る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に示す近接露光装置及び流体供給装置の正面図である。 図１に示すマスク保持部の拡大斜視図である。 図１に示す照明光学系を示す模式図である。 本発明の変形例に係るマスク保持部の断面図である。

以下、本発明に係る露光装置について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、近接露光装置１は、マスクＭを保持するマスクステージ１０と、ガラス基板（被露光材としてのワーク）Ｗを保持するワークステージ（ワーク保持部）２０と、パターン露光用の光を照射する照射手段としての照明光学系３０と、ワークステージ２０をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動し、且つワークステージ２０のチルト調整を行うワークステージ移動機構４０と、マスクステージ１０及びワークステージ移動機構４０を支持する装置ベース５０と、を備え、サーマルチャンバ８０内に収容されている。

なお、ガラス基板Ｗ（以下、単に「ワーク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。また、マスクＭは、溶融石英からなり、長方形状に形成されている。

マスクステージ１０は、図１〜図３に示すように、中央部に矩形形状の開口部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の開口部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（マスク保持部）１２と、マスク保持枠１２に取り付けられ、マスクＭを吸着保持するチャック部１４と、マスク保持枠１２とチャック部とをＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動させ、このマスク保持枠１２に保持されるマスクＭの位置を調整するマスク位置調整機構（マスク駆動部）１６と、を備える。

マスクステージベース１１は、装置ベース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、ワークステージ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。なお、Ｚ軸移動装置５２は、マスクＭの交換や、ワークチャック２１の清掃等の際に使用される。

マスク位置調整機構１６は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられる１台のＹ軸方向駆動装置１６ｙと、マスク保持枠１２のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられる２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘと、を備える。

そして、マスク位置調整機構１６では、１台のＹ軸方向駆動装置１６ｙを駆動させることによりマスク保持枠１２をＹ軸方向に移動させ、２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘを同等に駆動させることによりマスク保持枠１２をＸ軸方向に移動させる。また、２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘのどちらか一方を駆動することによりマスク保持枠１２をθ方向に移動（Ｚ軸回りの回転）させる。

さらに、マスクステージベース１１の上面には、図３に示すように、マスクＭとワークＷとの対向面間のギャップを測定するギャップセンサ１７と、マスクＭのアライメントマークとワークＷのアライメントマークを撮像するためのアライメントカメラ１８と、が設けられる。これらギャップセンサ１７及びアライメントカメラ１８は、移動機構１９を介してＸ軸，Ｙ軸方向に移動可能に保持され、マスク保持枠１２内に配置される。

なお、マスクステージベース１１の上面には、図３に示すように、マスクステージベース１１の開口部１１ａのＸ軸方向の両端部に、マスクＭの両端部を必要に応じて遮蔽するマスキングアパーチャ３８が設けられる。このマスキングアパーチャ３８は、モータ、ボールねじ、及びリニアガイド等からなるマスキングアパーチャ駆動機構３９によりＸ軸方向に移動可能とされて、マスクＭの両端部の遮蔽面積を調整する。なお、マスキングアパーチャ３８は、開口部１１ａのＸ軸方向の両端部だけでなく、開口部１１ａのＹ軸方向の両端部に同様に設けてもよい。

ワークステージ２０は、図１及び図２に示すように、ワークステージ移動機構４０上に設置されており、ワークＷをワークステージ２０に保持するための吸着面２２を上面に有するワークチャック２１を備える。なお、ワークチャック２１は、真空吸着によりワークＷを保持している。

ワークステージ移動機構４０は、図２及び図３に示すように、ワークステージ２０をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り機構４１と、ワークステージ２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り機構４２と、ワークステージ２０のチルト調整を行うと共に、ワークステージ２０をＺ軸方向に微動させるＺ−チルト調整機構４３と、を備える。

Ｙ軸送り機構４１は、装置ベース５０の上面にＹ軸方向に沿って設置される一対のリニアガイド４４と、リニアガイド４４によりＹ軸方向に移動可能に支持されるＹ軸テーブル４５と、Ｙ軸テーブル４５をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り駆動装置４６と、を備える。そして、Ｙ軸送り駆動装置４６のモータ４６ｃを駆動させ、ボールねじ軸４６ｂを回転させることにより、ボールねじナット４６ａとともにＹ軸テーブル４５をリニアガイド４４の案内レール４４ａに沿って移動させて、ワークステージ２０をＹ軸方向に移動させる。

また、Ｘ軸送り機構４２は、Ｙ軸テーブル４５の上面にＸ軸方向に沿って設置される一対のリニアガイド４７と、リニアガイド４７によりＸ軸方向に移動可能に支持されるＸ軸テーブル４８と、Ｘ軸テーブル４８をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り駆動装置４９と、を備える。そして、Ｘ軸送り駆動装置４９のモータ４９ｃを駆動させ、ボールねじ軸４９ｂを回転させることにより、不図示のボールねじナットとともにＸ軸テーブル４８をリニアガイド４７の案内レール４７ａに沿って移動させて、ワークステージ２０をＸ軸方向に移動させる。

Ｚ−チルト調整機構４３は、Ｘ軸テーブル４８上に設置されるモータ４３ａと、モータ４３ａによって回転駆動されるボールねじ軸４３ｂと、くさび状に形成され、ボールねじ軸４３ｂに螺合されるくさび状ナット４３ｃと、ワークステージ２０の下面にくさび状に突設され、くさび状ナット４３ｃの傾斜面に係合するくさび部４３ｄと、を備える。そして、本実施形態では、Ｚ−チルト調整機構４３は、Ｘ軸テーブル４８のＸ軸方向の一端側（図１の手前側）に２台、他端側に１台（図１の奥手側、図２参照。）の計３台設置され、それぞれが独立して駆動制御されている。なお、Ｚ−チルト調整機構４３の設置数は任意である。

そして、Ｚ−チルト調整機構４３では、モータ４３ａによりボールねじ軸４３ｂを回転駆動させることによって、くさび状ナット４３ｃ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４３ｃ及びくさび部４３ｄ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４３ｄがＺ方向に微動する。従って、３台のＺ−チルト調整機構４３を同じ量だけ駆動させることにより、ワークステージ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４３を独立して駆動させることにより、ワークステージ２０のチルト調整を行うことができる。これにより、ワークステージ２０のＺ軸，チルト方向の位置を微調整して、マスクＭとワーク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。

図４に示すように、照明光学系３０は、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ３１と、この高圧水銀ランプ３１から照射された光を集光する凹面鏡３２と、この凹面鏡３２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３３と、光路の向きを変えるための平面ミラー３５，３６及び球面ミラー３７と、この平面ミラー３５とオプチカルインテグレータ３３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３４と、を備える。

さらに、近接露光装置１には、図１及び図２に示すように、ワークステージ２０の位置を検出する位置測定装置であるレーザー測長装置６０が設けられる。このレーザー測長装置６０は、ワークステージ移動機構４０の駆動に際して発生するワークステージ２０の移動距離を測定するものである。

レーザー測長装置６０は、ステー（不図示）に固定されてワークステージ２０のＸ軸方向側面に沿うように配設されるＸ軸用ミラー６４と、ステー７１に固定されてワークステージ２０のＹ軸方向側面に沿うように配設されるＹ軸用ミラー６５と、装置ベース５０のＸ軸方向端部に配設され、レーザー光（計測光）をＸ軸用ミラー６４に照射し、Ｘ軸用ミラー６４により反射されたレーザー光を受光して、ワークステージ２０の位置を計測するＸ軸測長器（測長器）６１及びヨーイング測定器（測長器）６２と、装置ベース５０のＹ軸方向端部に配設され、レーザー光をＹ軸用ミラー６５に照射し、Ｙ軸用ミラー６５により反射されたレーザー光を受光して、ワークステージ２０の位置を計測する１台のＹ軸測長器（測長器）６３と、を備える。

そして、レーザー測長装置６０では、Ｘ軸測長器６１、ヨーイング測定器６２、及びＹ軸測長器６３からＸ軸用ミラー６４及びＹ軸用ミラー６５に照射されたレーザー光が、Ｘ軸用ミラー６４及びＹ軸用ミラー６５で反射されることにより、ワークステージ２０のＸ軸，Ｙ軸方向の位置が高精度に計測される。また、Ｘ軸方向の位置データはＸ軸測長器６１により、θ方向の位置はヨーイング測定器６２により測定される。なお、ワークステージ２０の位置は、レーザー測長装置６０により測定されたＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、及びθ方向の位置を加味して、適宜補正を加えることにより算出される。

図２に示すように、サーマルチャンバ８０の側方には、近接露光装置１を収容するサーマルチャンバ８０の内部環境（温度等）を一定に保つため加圧ファン８１、冷却装置８２、ヒーター８３を備えた流体供給装置８４が設けられている。これにより、サーマルチャンバ８０内のエアを取り込み、冷却装置８２、ヒーター８３により温度制御されたエアをサーマルチャンバ８０内に送り込む。

このように構成された近接露光装置１を用いて、ワークＷを露光する際には、まず、プリアライメント後のワークＷがワークステージ２０に搬送されて、露光位置に保持される。そして、Ｚ−チルト調整機構４３及びギャップセンサ１７によってマスクＭの下面とワークＷの上面とのすきま量が目標値となるように、ワークステージ２０を上下微動させる後述するギャップ制御が行われる。

次に、すきま量が目標値となった状態で、マスクＭのアライメントマークとワークＷのアライメントマークとをアライメントカメラ１８によって撮像しながら、ワークＷとマスクＭのアライメント調整を行う。
そして、必要に応じてマスキングアパーチャ３８を駆動した後、照明光学系３０では、露光制御用シャッター３４を開制御し、高圧水銀ランプ３１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、さらにはワークステージ２０に保持されるワーク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のマスクパターンがワークＷ上に露光転写が行われる。

ここで、マスクステージベース１１は、図３に示すように、略矩形状のマスク保持枠１２を囲うように配置された複数の中空フレーム９１〜９４、即ち、互いに平行な一対の第１中空フレーム９１，９２と、第１フレーム９１，９２より短い、互いに平行な一対の第２中空フレーム９３，９４と、によって構成されている。一方の第１中空フレーム９１の一端部９１ａは開口している一方、他端部９１ｂは図示しない蓋によって密閉されている。また、他方の第１中空フレーム９２の一端部９２ａは密閉される一方、他端部９２ｂは開口している。そして、第１中空フレーム９１の開口した一端部９１ａは、流体供給装置８４によって温調されたエアを供給するためのダクト８５が接続されている（図２参照。）。

また、第２中空フレーム９３，９４の両端部が対向する第１中空フレーム９１，９２の側壁には、エアが流通する連通孔９１ｃ，９１ｄ，９２ｃ，９２ｄが形成されている。このため、サーマルチャンバ８０内に供給されるエアと同じく温調された、ダクト８５から供給されるエアは、図３に示すように、第１中空フレーム９１の内部を流通し、第２中空フレーム９３，９４の内部、及び第１中空フレーム９２の内部を通って、第１中空フレーム９２の他端部９２ｂから排出される。これにより、照明光学系３０からの熱による、マスクステージベース１１、即ち、これらのフレーム９１〜９４の撓み等の熱変形を防止することができる。なお、各中空フレーム９１〜９４の内部には、マスクステージベース１１に取り付けられた各部材の配線が配索されていてもよい。

従って、本実施形態の近接露光装置１によれば、マスクステージベース１１は、複数の中空フレーム９１〜９４によって構成されており、中空フレーム９１〜９４の内部には流体が供給されるので、中空フレーム９１〜９４の熱変形を抑制して、露光精度を向上することができる。

また、マスクステージベース１１は、略矩形状のマスク保持枠１２を囲うように配置された、互いに平行な一対の第１中空フレーム９１，９２と、第１中空フレーム９１，９２より短い互いに平行な一対の第２中空フレーム９３，９４と、によって構成され、第２中空フレーム９３，９４の両端部が対向する第１中空フレーム９１，９２の側壁には、エアが流通する連通孔９１ｃ，９１ｄ，９２ｃ，９２ｄが形成されるので、取り込んだエアを第１及び第２中空フレーム９１〜９４内に流通させることができる。

さらに、近接露光装置１は、サーマルチャンバ８０内に収容され、中空フレーム９１〜９４に供給されるエアは、サーマルチャンバ８０内に供給されるエアと共に温調されたエアであるので、別途流体供給装置を設ける必要がなく、容易に構成することができる。

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。

例えば、第１中空フレーム９２の他端部９２ｂに図示しない吸気ファンを取り付けて、サーマルチャンバ８０内のエアを第１中空フレーム９２の一端部９１ａから吸い込むようにしてもよい。また、マスクステージベースを構成する中空フレームの組み方や流体の流し方は任意であり、第１中空フレーム９１，９２の一端部９１ａ，９２ａの両方からエアを内部に流通するようにしてもよい。さらに、中空フレーム内を流通させる流体もエアに限定されず、温調できるものであればよい。

また、図５に示す変形例のように、少なくとも１本の中空フレーム（図では、中空フレーム９３，９４）に、ワークの露光領域に向けてエアを供給する複数のノズル９５、９６を取り付け、図示しない温度センサで検出された温度に応じてノズル９５，９６を開閉させてもよい。

さらに、マスク保持枠１２が中空フレームによって構成される場合には、中空フレーム９１〜９４と連通するように配管することで、マスク保持部１２にも温調したエアを供給することができる。

１ 近接露光装置
１０ マスクステージ
１２ マスク保持枠（マスク保持部）
１４ チャック部
１７ ギャップセンサ
２０ ワークステージ
２１ ワークチャック
２２ 吸着面
４３ Ｚ−チルト調整機構
８４ 流体供給装置
９１，９２ 第１中空フレーム（中空フレーム）
９３，９４ 第２中空フレーム（中空フレーム）
９５，９６ ノズル
Ｍ マスク
Ｗ ガラス基板（被露光材としてのワーク）

Claims (4)

1. マスクを保持するマスク保持部と、
   該マスク保持部を水平方向に駆動可能に保持するマスクステージと、
   被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、
   前記ワーク保持部に保持された前記ワークに、露光用光を前記マスクを介して照射する照明光学系と、
   を備える露光装置であって、
   前記マスクステージは、複数の中空フレームによって構成されており、該中空フレームの内部には流体が供給されることを特徴とする露光装置。
2. 前記マスクステージは、略矩形状のマスク保持部を囲うように配置された、互いに平行な一対の第１中空フレームと、該第１中空フレームより短い互いに平行な一対の第２中空フレームと、によって構成され、
   前記第２中空フレームの両端部が対向する前記第１中空フレームの側壁には、前記流体が流通する連通孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 少なくとも１本の前記中空フレームには、前記ワークの露光領域に向けて前記流体を供給するノズルが取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記露光装置は、サーマルチャンバ内に収容され、
   前記中空フレームに供給される前記流体は、前記サーマルチャンバ内に供給されるエアと共に温調されたエアであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の露光装置。

Images