JP2015088590A - 基板吸着装置および基板平面度補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を保持する部材を変位させる駆動機構が精度良く位置決めできない場合、基板を保持する部材間に段差が生じ、基板が前記段差で急激に曲げられる。その結果、段差が生じた部分に露光ムラが発生する可能性がある。また基板のサイズが大きくなると、基板を保持する部材に設けられた駆動機構の数が増加し、駆動機構を制御するコントローラの規模および駆動機構を駆動させるために必要な電気配線の数が増加する。
【解決手段】基板を吸着する複数の基板吸着部材と基板吸着部材裏面に設けた弾性部材、ならびに隣接する弾性部材を連結する連結部材を有し、基板厚みムラ方向に駆動する駆動機構を連結部材に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶パネル並びに半導体デバイスを製造する露光装置における、ガラスプレート（以後プレート）ならびにシリコンウエハ等の基板の表面の凹凸を補正する基板吸着装置に関する。

はじめに、液晶用の大型のプレートにマスクのパタ−ンを転写する露光装置について説明する。図1４は走査型投影露光装置の全体構成を示す概念図である。投影光学系１０を挟んで垂直方向の上側にマスクステージ２０が配置され、下側にプレートステージ３０が配置されている。これらマスクステージ２０とプレートステージ３０はそれぞれ個別に移動可能であり、これらの移動位置はともにレーザ干渉測長器５０により計測制御可能である。
プレートステージ３０は本体ベース３１上に配置したＹステージ３２およびＸステージ３３を有する。なお、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する方向とする。このＸＹステージ上にθＺステージ３４が搭載され、この上にプレートチャック３５を配置し、それにより露光されるべきプレート３６を支持する。従って、プレート３６は、プレートステージ３０によりＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能であると共にＸＹ面内でも回転可能に支持されることになる。θＺステージ３４は、露光時、プレート３６の表面を投影光学系１０のプレート側焦点面に一致させるためのものである。

マスクステージ２０は、マスクステージ基板２１と、その上に配置されたＸＹθステージとを備え、この上に投影されるべきパタ−ンを有するマスク２３を配置される。従って、マスク２３はＸおよびＹ方向に移動可能であると共にＸＹ面内で回転可能に支持されることになる。マスクステージ２０の上方には、マスク２３とプレート３６の像を投影光学系１０を介して観察できる観察光学系４０が配置され、さらにその上方に照明光学系４１が配置されている。

マスクステージ２０およびプレートステージ３０は共にレーザ干渉測長器５０により位置計測制御される。レーザ干渉測長器５０はレ−ザヘッド５１、干渉ミラ−５２，５３、およびθＺステージ３４に取り付けられた第１の反射ミラ−５４とマスクステージ基板２１に取り付けられた第２の反射ミラ−５５を有する。ここで、レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、マスクステージ２０については上下方向（投影光学系１０の光軸方向）ではほぼ投影光学系１０のマスク側焦点面に、水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定され、プレートステージ３０については水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定されているが、上下方向では投影光学系１０のプレート側焦点面から下側に距離Ｌだけ変位した位置を通るように設定されている（特許文献１）。

つぎに従来の基板吸着装置として、図15に示す基板吸着装置を説明する。この基板吸着装置は大きく分けて、プレートaのうねりもしくは厚みムラを検知する検出手段（以後検出手段）2と、プレートaのうねりもしくは厚みムラ方向に各々独立に変位可能なプレート保持手段（以後保持手段）11、そして前記保持手段11を変位させる基板変位素子12で構成されている。この従来の基板吸着装置は、検出手段2でプレートaの表面の凹凸を計測し、この計測結果からプレートaの表面の凹凸を露光装置の結像光学系の焦点深度内に収まるように各々独立に保持手段11を変位させている（特許文献２）。

特許第３４５０５８０号明細書 特開２００４-１５８８４７号公報

しかし従来の基板吸着装置には以下のような問題がある。 特許文献２のような基板吸着装置にすると、複数ある保持手段11が基板変位素子12によって各々変位するため、基板変位素子12が精度良く変位しなければ、保持手段11の間で段差が生じる。その結果、図16に示すように保持手段11の間で基板が急激に曲げられる（図16における破線部分）。これにより前記段差部分に局部的な露光ムラが生じる可能性がある。また図16を見て分かるように、１つの保持手段11に対して基板変位素子12を2列設けている。そのため基板サイズが大きくなるにつれて保持手段11の数が増えていき、それに伴い基板変位素子12の数も増えていく。その結果、基板吸着装置の重量が重くなるという課題がある。また基板変位素子12が増えることで制御軸数が増えるため、基板変位素子12を制御するコントローラの規模が大きくなったり、基板変位素子12に電力を供給する電気配線の数が多くなるといった課題もある。

そこで本発明は保持手段11の間に生じる段差を抑制することで、露光ムラの発生を防止する基板吸着装置を提供することを目的とする。また基板変位素子を減らすことで、制御軸数を減らした基板吸着装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するために本発明の一側面としての基板吸着装置は、基板を吸着保持する剛な基板吸着部材を複数有し、各基板吸着部材を弾性部材を介して連結することを特徴とする。また前記基板吸着部材を連結している部分には、基板のうねりもしくは厚みムラ方向に変位する駆動機構を有することを特徴とする。

本発明により、前記課題で述べた保持手段間の段差の発生を抑制することができる。よって露光ムラの発生を防止する基板吸着装置を提供することができる。また保持手段を変位させる基板変位素子の軸数が削減できるため、駆動機構を制御するコントローラの規模を小さくすることができ、さらに基板変位素子に電力を供給する電気配線の量を削減した基板吸着装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の基板吸着装置をＸ方向から示した図 本発明の第１実施形態の基板吸着装置を斜め上方向から示した図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の真空チャック1がＸ軸に傾いた時の図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の真空チャック1がＹ軸に傾いた時の図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の基板Ａを吸着した時の図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の真空チャック1を示した図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の弾性ヒンジ2を示した図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の弾性ヒンジに変わる案を示した図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の駆動機構4を示した図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の圧電素子による駆動機構を示した図 本発明の第一実施形態の基板吸着装置の基板の平面度補正の流れを示した図 本発明の第二実施形態の基板吸着装置を斜め上から示した図 本発明の第二実施形態の基板吸着装置の弾性ヒンジ13を示した図 液晶露光装置の構成を示した図 従来の基板吸着装置を示した図 従来の基板吸着装置の技術的課題を示した図

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明をする。

〔第1実施形態〕
図1ならびに図２は本発明の第1実施形態の基板吸着装置の図である。本実施形態の基板吸着装置は、図1ならびに図２に示すように基板を吸着する真空チャック1を複数設け、さらに真空チャック1裏面には弾性ヒンジ2を取り付ける。そして隣り合う弾性ヒンジ2は連結部材3によって連結されている。さらに前記連結部材3の直下には図面Ｚ方向に変位可能な駆動機構4を設けている。なお前記弾性ヒンジ2は、図面Ｘ軸ならびにＹ軸方向にのみ回転することができる。

そのため図３、４に示すように、連結部材3が図面Ｚ方向に駆動することにより真空チャック1は図面Ｘ軸中心ならびに図面Ｙ軸中心方向に傾けることができる。ただし前述のように隣り合う真空チャック1は連結部材3によって連結されているため、図５に示すように真空チャック1が傾いたとしても真空チャック1間で段差が生じることはない。そのため真空チャック1で基板Ａを吸着しても急激なプレートの曲がりが発生せず、局部的な露光ムラの発生を防ぐことができる。また二つの真空チャック１の間に駆動機構4を設けることで、駆動機構の軸数を減らすことができる。よって駆動機構4を制御するコントローラや駆動機構4に電力を供給する電気配線の量を減らすことができる。

図６は真空チャック1を拡大した図である。図６を見て分かるように真空チャック1表面は、基板との接触面積を減らすために凸形状のピンが周期的に並んでいる。これにより真空チャック１全面で基板を吸着することができる。なお真空チャック1は弾性ヒンジ2によって支持されているが、真空チャック1の自重変形を小さくするために、弾性ヒンジ2の取り付け位置は真空チャック1のベッセル点であることが望ましい。

本実施形態における真空チャック1はピンを周期的に並べた真空ピンチャックであるが、真空ピンチャックに限らず、多孔質セラミックを用いた多孔質チャックでもよい。また静電作用を利用して基板を吸着する静電チャックでも良い。

図７は弾性ヒンジ2を拡大した図である。図７見て分かるように弾性ヒンジ2は、凸状のブロックにワイヤ−カット放電加工によってＬ字状のスリットが入れられた形状になっている。これによりＬ字形状のスリットに挟まれた部分が曲がりやすくなるため、図面Ｘ軸ならびにＹ軸中心の剛性が低く、Ｚ軸並進方向の剛性が高くなる。なお本実施形態においては図７に示すような弾性ヒンジであるが、板バネやねじりコイルバネのようなものでもよい。図８は板バネを使用した場合の実施例である。先述の図７におけるＬ字形スリットに挟まれた部分が、板バネ6に変わった構造になっている。ちなみに図８のような板バネやねじりコイルバネを用いる場合、ワイヤーカット放電加工が不要になる。そのため基板吸着装置を安価に実現することができる。

図９は駆動機構4を拡大した図である。駆動機構4は大きく分けて駆動源となる回転機7と、回転機による回転運動を図面水平方向の運動に変換するねじ機構8、図面水平方向の運動を上下方向の運動に変換する楔機構9、楔機構の上下方向の変位を測定する変位センサー10によって構成されている。回転機7は具体的にはサーボモーターやパルスモーターなどが挙げられる。また変位センサー10は静電容量センサーやリニアエンコーダー、レーザ変位計などが挙げられる。なお本実施形態における駆動機構4は楔機構を用いているが、楔機構に限らず、圧電効果を用いて変位させる圧電素子や油圧・空圧による駆動機構でもよい。図１０は圧電素子を用いた場合の実施例である。

圧電素子11の上には板バネ12があり、板バネ12により圧電素子11に圧縮方向の与圧を負荷している。与圧を負荷する理由として、圧電素子11は図におけるＺ軸正方向にしか変位しないため、Ｚ軸負方向に変位させるためには圧電素子11に前記のような与圧を負荷し、常にＺ軸負方向に戻ろうとする力を与えてあげる必要があるためである。駆動機構4に圧電素子を用いる場合、変位センサー10で圧電素子11の変位量をフィードバックして制御することによって楔機構よりもさらに精度良く位置決めすることが可能である。

図１１は本実施形態における基板の平面度補正方法について説明した図である。図１１に示すように最大厚みdmax、最小厚みdminをもつ基板Ａを真空チャック1に吸着すると、基板Ａは真空チャック1に倣う。この時基板Ａの表面の凹凸は、基板Ａの厚みムラと真空チャック１の平面度が合わさった面形状になる。この状態で図示していない基板平面度計測手段を用いて基板Ａの表面の凹凸を測定し、基板Ａの表面の凹凸の最も高い点Ｈに合わせて、駆動機構4（図示せず）が駆動する。これにより基板Ａ表面の凹凸を、露光装置の結像光学系の焦点深度内に収めるようにする。

〔第２実施形態〕
つぎに、図１２に基づいて本発明の第２実施形態の露光装置について説明する。図１２は本発明の第２実施形態の露光装置を示した図である。図１２に示すように基板を吸着する真空チャック1を複数設け、さらに真空チャック1裏面には4つの弾性ヒンジ13を取り付ける。ただし弾性ヒンジ13を取り付ける場所は、真空チャック1の自重変形が最も小さくなるベッセル点であることが望ましい。そして隣り合う弾性ヒンジ13は連結部材3によって連結される。

これにより隣り合う真空チャック1は連結部材3によって連結される。さらに前記連結部材3の直下には図面Ｚ方向に変位可能な駆動機構4を設けている。なお前記弾性ヒンジ13は、図１３に示すように図面Ｘ軸にのみ回転することができる。そのため駆動機構4が図面Ｚ方向に駆動することにより真空チャック1は図面Ｘ軸中心方向に傾けることができる。ただし前述のように隣り合う真空チャック1は連結部材3によって連結されているため、真空チャック1が傾いたとしても真空チャック1間で段差が生じることはない。そのため真空チャック1で基板を吸着しても急激なプレートの曲がりが発生せず、局部的な露光ムラの発生を防ぐことができる。また二つの真空チャック1の間に駆動機構4を設けることで、駆動機構の数を削減することができる。

なお真空チャック1は前述のように真空ピンチャックもしくは多孔質チャック、静電チャックでもよい。また駆動機構4も前述のように楔機構や圧電素子、油圧、空圧による駆動機構でもよい。

以上に述べた第２実施形態により、基板のうねりもしくは厚みムラを一方向のみ補正することができる。これにより基板吸着装置をより簡素化できる利点がある。

１ 真空チャック
２ 弾性ヒンジ
３ 連結部材
４ 駆動機構

Claims (5)

1. 基板を吸着する基板吸着部材を複数有し、前記基板吸着部材に弾性部材を設け、隣接する弾性部材を連結部材で連結し、さらに前記連結部材を基板の厚みムラ方向に駆動させる駆動機構を有することを特徴とする基板吸着装置。
2. 前記基板吸着部材は、真空ピンチャックならびに多孔質チャック、静電チャックであることを特徴とする請求項1に記載の基板吸着装置。
3. 前記弾性部材は、弾性ヒンジならびに板バネ、ねじりコイルバネであることを特徴とする請求項1に記載の基板吸着装置。
4. 前記駆動機構は楔機構ならびに圧電素子、油圧および空圧を用いた駆動機構であることを特徴とする請求項1に記載の基板吸着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板吸着装置を使用して、基板表面のうねりを露光装置の結像光学系の焦点深度内に補正することを特徴とする基板平面度補正方法。