JP2016177159A - 基板矯正治具を用いる露光装置、及び基板矯正治具 - Google Patents

Abstract

【課題】露光ステージ上に、基板矯正治具に支持された感光基板を位置させ、投影露光手段により上記感光基板にパターン像を露光する露光装置において、基板矯正治具の薄型化（低背化）が可能であり、露光装置と干渉を防止することができる露光装置及び基板矯正治具を得る。【解決手段】基板矯正治具が、感光基板の感光面周縁を支持する支持面及び該感光基板の端面に対向する起立面を有する段部とを備えた外枠；外枠内に挿入され、該外枠の上記支持面との間に感光基板の周縁を挟着する内枠；及び内枠を外枠の支持面に向けて押圧する機械的押圧機構；を備えている。【選択図】図７

Description

本発明は、反りのある感光基板を平面状に矯正する基板矯正治具を用いて露光を行う露光装置及びその治具に関する。

投影露光を行う露光装置（投影露光装置、ステッパーやスキャナ、ダイレクト露光装置、等）は、フォトレジストを塗布した感光基板（以下基板）の表面に、紫外光等の露光光によるパターン像を結像させて露光を行う。このような投影露光装置では、基板に投影光学系の焦点深度を超えた反りがある場合、基板表面に結像するパターン像の解像精度が低下する。基板は、例えば樹脂を基材としたプリント配線板、ＬＣＤ用ガラス基板、半導体用シリコン基板等であり、いずれも反りの問題が避けられない。基板の反りが大きい場合には、基板を搬送するロボットハンドや、露光ステージの基板吸着に真空リークが発生し、エラーの原因となる。

特許文献１は、基板の反りを矯正して保持し、基板の搬送や露光を行う搬送治具を提案している。この文献では、磁力で吸引される２つの枠の間に基板Ｗを挟んで固定することで、基板の反りを矯正した状態での処理を可能としている。また、特許文献２では、基板をバネで規制板に押し付けることで、基板を歪みが少ない状態で保持するホルダーが提案されている。

特開２００２−２９９４０６号公報 特開２００５−０６４３２９号公報

一般的に露光の高精度化によって、露光装置の投影光学系と基板との距離は近くなる傾向にあり、またこの部分に焦点調整光学系や基板高さ測定装置等が設置されるので、空間的余裕は少ない。しかしながら、特許文献１や特許文献２のような基板矯正治具は大型であるため、空間的余裕の少ない露光装置に設置することが困難であり、あるいは露光位置に搬送する際に光学系または露光ステージが大きく退避する構造が必要となるという課題があった。

本発明は、以上の問題意識に基づき、薄型化（低背化）が可能であり、露光装置と干渉を防止することができる露光装置及び基板矯正治具を得ることを目的とする。

本発明は、露光ステージ上に、基板矯正治具に支持された感光基板を位置させ、投影露光手段により上記感光基板にパターン像を露光する露光装置の態様では、上記基板矯正治具が、感光基板の感光面周縁を支持する支持面及び該感光基板の端面に対向する起立面を有する段部とを備えた外枠；上記外枠内に挿入され、該外枠の上記支持面との間に上記感光基板の周縁を挟着する内枠；及び上記内枠を外枠の上記支持面に向けて押圧する機械的押圧機構；を備えたことを特徴としている。

本発明は、基板矯正治具の態様では、感光基板の感光面周縁を支持する支持面及び該感光基板の端面に対向する起立面を有する段部とを備えた外枠；上記外枠内に挿入され、該外枠の上記支持面との間に上記感光基板の周縁を挟着する内枠；及び上記内枠を外枠の上記支持面に向けて押圧する機械的押圧機構；を備えたことを特徴としている。

機械的押圧機構は、外枠に形成した凹部に、該外枠の厚さ内に位置させて枢着された押圧レバーと、内枠に形成した、上記押圧レバーによって押圧される被押圧部とから構成することが好ましい。

上記押圧レバーと被押圧部の係合部のいずれか一方には、押圧レバーの操作により、内枠を支持面に向けて付勢するばね性部材あるいはカム面を設けることが好ましい。ばね性部材にカム面を設けてもよい。

上記投影露光手段側から、上記外枠、感光基板及び内枠の順に位置していることが望ましい。

外枠には、上記起立面を一部除去して、感光基板端部を露出させる覗き孔を形成することが望ましい。

本発明による露光装置は、薄型の基板矯正治具を用いることで、投影光学系と基板との間に空間的余裕がない露光装置においても、高い平面度で基板を矯正し、高精度なパターンを露光することができる。

本発明による基板矯正治具を含むダイレクト露光装置の全体構成を示す正面図である。 基板矯正治具の組立状態の平面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 基板矯正治具の外枠単体の部分斜視図である。 基板矯正治具の外枠と内枠を組み合わせた状態の部分斜視図である。 基板矯正治具の外枠、内枠及び基板を外枠を下にした分解状態で示す斜視図である。 基板矯正治具の外枠、内枠及び基板を外枠を下にした図６とは反対方向からみた（外枠を上にした）状態の斜視図である。 基板矯正治具の外枠の部分分解斜視図である。

図１は、本発明を適用する露光装置１の一例を示している。この露光装置１は、上方から下方（Ｚ方向）に順に、照明光学系１０、フォトマスクＭ、投影光学系１１、及び露光ステージ２０を有している。少なくとも一面（上面）にフォトレジストを塗布またはラミネートした感光基板（以下、基板）Ｗは、基板矯正治具Ｆに保持されて露光ステージ２０上に位置する。照明光学系１０から出射しフォトマスクＭを透過した露光パターン光は、投影光学系１１によって基板Ｗの表面に結像される。

露光ステージ２０は基板Ｗを平面状に固定し、投影光学系に対し位置決めするためのもので、基板Ｗの裏面を吸着固定する機能を備える周知のステージである。露光ステージ２０は図示しない移動機構に支持されており、例えばＸＹθＺ方向に移動可能である。また、前記の移動機構を用いることで、露光ステージ２０を投影光学系１１に対して相対移動（例えばステップ＆リピート、またはスキャン）させながら露光することも可能である。

照明光学系１０は図示しない光源（例えば水銀ランプ）を備える。光源は基板Ｗの表面のフォトレジストに応じた波長の光を発する。また、照明光学系１０は光源の発した光を集光し、光量を均一化する機能を備える。

投影光学系１１はフォトマスクＭと基板Ｗの表面（感光面）とが共役関係にある周知の結像光学系である。投影光学系１１と被露光物である基板Ｗの表面との間隔は投影光学系の焦点距離によって厳密に定まるが、数十mm程度（例えば３０mm程度）と接近して配置される場合がある。

投影光学系１１、またはその周囲には、図示しない基板距離測定手段が備えられている。この基板距離測定手段は、基板Ｗの感光面と投影光学系１１との間隔をμｍ単位で測定し、この測定結果に基づき、図示しないフォーカス調整手段によって、投影光学系１１によるパターン像のピントが基板Ｗの表面に合うように調整を行う。

フォーカス調整手段は、周知のように、投影光学系１１内に設置され、または投影光学系１１の出口に設置されている。露光ステージ２０をＺ方向に移動することでフォーカス調整してもよい。

投影光学系１１と基板Ｗとの間には、フォトマスクＭと基板Ｗの位置合わせを行うための図示しないアライメント手段（撮像手段）が設置されている。フォトマスクＭと基板Ｗの具体的なアライメント手段は、周知（例えばＴＴＬ方式）である。

また、投影光学系１１と基板Ｗとの間には、基板Ｗの表面のフォトレジストからの昇華物が投影光学系１１の投影レンズに付着することを防止するカバーガラス（図示せず）等が設置されており、投影光学系１１と基板Ｗとの間隔が狭くなっている。

露光装置１には、基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗを複数収納する基板カセット３０と、基板カセット３０中の基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗを露光ステージ２０との間で搬送する搬送ロボット（搬送手段）４０が備えられている。

基板Ｗは、例えば樹脂、ガラス、シリコン等を基材としたプリント配線板、インタポーザ基板、ＬＣＤ用基板、半導体用基板等であり、矩形に整形されている。この基板Ｗは露光装置１による露光を受ける前に、様々な処理がなされており、反りが発生する場合がある。具体的には、例えば複数基板の張り合わせ、熱処理、あるいは片面の研磨等の処理がされており、その結果、内部応力に偏りを生じ歪みが発生する場合がある。ある樹脂インタポーザ基板（外形寸法２００×２５０ｍｍ）の例では、５０mm以上の反りが発生しており、このまま露光ステージ２０に載置して真空吸着を行っても、投影光学系１１の焦点深度内に基板表面の変位が収まらないので、パターンの解像度に悪影響を生じる。

基板矯正治具Ｆは、この基板Ｗの歪みを矯正し平面性を良好に保った状態で露光ステージ２０上に位置させるものである。基板矯正治具Ｆは、図２ないし図８に示すように、外枠５０と内枠６０の２つの枠体から構成されている。

外枠５０は、図２、図６、図７に示すように、全体として四角い枠形状をしている。外枠５０は、この実施形態では、図３及び図８によく示されているように、積層結合される矩形の連続した載置枠５１、不連続な中間枠５２及び矩形の連続したカバー枠５３からなっており、載置枠５１の中央部に、矩形の基板露出開口５１ａが形成されている。中間枠５２は、載置枠５１の上に、周縁側に偏らせて配置した不連続な厚肉部材で、載置枠５１に固定された状態で、載置枠５１に、基板露出開口５１ａに沿う矩形の支持面５１ｂを形成する。中間枠５２の内周面は、支持面５１ｂに直交する起立面５２ａを構成している。支持面５１ｂは基板矯正治具Ｆを露光ステージ２０上へ載置した状態で投影光学系１１の光軸と直交する面であり、起立面５２ａは、同光軸と平行な面である。カバー枠５３の内周面には、起立面５２ａと面一をなす起立面５３ａが形成されており、支持面５１ｂと起立面５２ａ（及び起立面５３ａ）は段部５４を形成している。起立面５２ａ（と５３ａ）の平面形状（輪郭）は、基板Ｗの平面外形に対応しており、支持面５１ｂ上に基板Ｗを載置したとき、基板Ｗの端面と対向する。

内枠６０は、矩形の一般断面を有し、外枠５０の起立面５２ａ（と５３ａ）の平面形状に対応する（起立面５２ａ（と５３ａ）の輪郭内に嵌め込まれる）矩形をなしている。図３に示すその幅Ｓは、支持面５１ｂの幅ｓに対応している（図示実施形態ではＳ＞ｓ）。また、内枠６０の内側開口寸法は、基板Ｗの露光余白によって定められている。内枠６０に接する基板面の露光を行う場合、基板Ｗの内枠６０に当接する部分は露光されないから、内枠６０の開口の内側が露光可能な範囲となる。（外枠５０に接する基板面の露光を行う場合は、外枠５０の基板露出開口の内側が露光可能な範囲となる。）また、内枠６０の厚さｄは、段部５４の深さＤより十分小さく（内枠６０は外枠５０に比して十分薄肉であり）、段部５４の深さＤは、内枠６０の厚さｄと基板Ｗの厚さｘとを足した合計厚より、大きい（Ｄ＞ｄ＋ｘ）。厚さｘは、基板Ｗの種類によって異なるが、いずれの基板Ｗでもこの関係が満足される。

外枠５０（載置枠５１、中間枠５２、カバー枠５３）には、基板露出開口５１ａに沿わせて、起立面５２ａを除去した覗き孔５５（図２、図３、図５）が間隔をおいて複数形成されている。光学センサあるいはカメラ等の検出手段で、この覗き孔５５から基板Ｗの端面を検知することで、基板Ｗの位置を検出することができる。なお、基板Ｗ上には、フォトマスクＭとの間の正確な位置決めをするためのアライメントマークが形成されるのが普通であり、覗き孔５５を通して認識する基板Ｗの端面情報（位置情報）は、プリアライメントに用いることができる。

外枠５０と内枠６０の間には、内枠６０を支持面５１ｂ側に押圧する機械的押圧機構（ロック機構）７０が設けられている。機械的押圧機構７０は、外枠５０（内枠６０）の各辺部に、同一構造のものが複数（図示実施形態では２つ）が設けられている。各機械的押圧機構７０は、図８に分解状態で示すように、外枠５０の載置枠５１とカバー枠５３の間に軸７１で枢着した押圧レバー７２と、内枠６０に設けた被押圧部７４とからなっている。押圧レバー７２は、軸７１を中心に略反対方向に延びる着力操作部７２ａと押圧部７２ｂを備えている。また、軸７１には、押圧レバー７２をその押圧部７２ｂが支持面５１ｂ上に突出する方向に付勢するトーションばね７３が装着されており、押圧レバー７２の着力操作部７２ａは、常時外枠５０の輪郭内に収まっている。中間枠５２は、軸７１の枢着部分で、不連続となっており、載置枠５１とカバー枠５３の間に挟まれた状態で、固定ネジ５６（図４）等により、該載置枠５１とカバー枠５３に固定されている。図５は、載置枠５１と中間枠５２にカバー枠５３を積層結合する前の外枠５０の状態を示している。

被押圧部７４は、板ばね体からなっていて、押圧レバー７２の押圧部７２ｂによって押圧される斜面（山形面）７４ａを備え、その一端部７４ｂ（図５）が内枠６０上に固定（例えば溶接固定）されている。被押圧部７４の斜面７４ａは押圧部７２ｂによって押圧されたとき、撓んで内枠６０を支持面５１ｂ（基板Ｗ）方向に押圧する。トーションばね７３の力は、被押圧部７４の力より十分強く設定されている。

以上の構成の基板矯正治具Ｆに基板Ｗを支持する際には、別途設けた外段取り機（または手作業）により、外枠５０から内枠６０を外し、外枠５０の各機械的押圧機構７０の押圧レバー７２の着力操作部７２ａを内方（図４矢印Ａ方向）に押圧して押圧部７２ｂを支持面５１ｂから後退させる。載置枠５１には、着力操作部７２ａを治具（または手作業）で内方に押圧する作業を容易にする切欠部５１ｃ（図８）が形成されている。押圧部７２ｂを支持面５１ｂから後退させた状態で、外枠５０の段部５４内に、感光面を支持面５１ｂに向けた基板Ｗと、被押圧部７４を基板Ｗの反対側に向けた内枠６０を順に挿入する。その後、内枠６０を基板Ｗ側に仮押しした（基板Ｗを平面状にした）状態で、押圧レバー７２への外力を開放すると、トーションばね７３の力により、押圧レバー７２の押圧部７２ｂが内枠６０の被押圧部７４を押し、基板Ｗが支持面５１ｂに密着した状態となり、基板Ｗの平面性が担保される。

そして、基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗは、例えば、露光装置１に付設した基板カセット３０に複数が収納される。基板矯正治具Ｆが薄いので、基板カセット３０には多数の基板Ｗを収納することができる。

一方、実際の露光作業に際しては、基板カセット３０に収納されている基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗを搬送ロボット４０によって取り出し、プリアライメント等の工程の後に露光ステージ２０上に搬送する。この際（又は基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗを基板カセット３０に収納する際）、図７に示すように、基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗの上下を反転させ、外枠５０を上方に向けて、露光ステージ２０にセットする。露光ステージ２０は外枠５０から露出している基板Ｗの裏面（露光面の反対側の面）を真空吸着して固定する。基板Ｗを直接吸着固定するので、基板矯正治具Ｆで平面性を改善されていた基板が、更に平面精度よく固定される。

このように、外枠５０を投影光学系１１側に向けてセットすると、基板Ｗの板厚が変わっても、外枠５０の上面と基板Ｗの露光面との距離を一定にかつ最小に保持することができる。このため、投影光学系１１の焦点距離の制約や、距離測定手段、フォーカス調整手段、撮像手段、カバーガラス、等の要因により、基板Ｗと投影光学系１１の間のスペースが小さい露光装置１に対しても有利である。

露光が終了した基板Ｗは、搬送ロボット４０によって、基板矯正治具Ｆを装着したまま再度基板カセット３０に収納される。露光装置１から次工程（現像等）装置に基板Ｗを引き渡すときには、露光装置１の外に設置された外段取り機によって基板矯正治具Ｆを基板Ｗから取り外して回収する。

基板を搬送する搬送手段は、ロボットに限るものではなく、基板Ｗに応じて周知の搬送機構から適宜選択し設計できる。あるいは、インラインでコンベア等により上下流の装置と基板矯正治具Ｆ付き基板Ｗのやり取りをしてもよい。また、露光装置１は不図示のプリアライナー等、適宜必要な周知の機能を備える。

以上の実施形態における機械的押圧機構７０は一例を示すもので、種々変更が可能である。図示例の押圧レバー７２を用いる形態でも、例えば内枠６０の被押圧部（板ばね体）７４の設置箇所、個数は、内枠６０の剛性、基板Ｗの剛性や弾性、板ばね体の弾性等により適時設計される。被押圧部７４は、板ばね体以外の弾性体（例えばウレタンゴム）としてもよく、あるいはカム面から構成してもよい。さらに、押圧レバー７２の押圧部７２ｂの被押圧部７４との係合部に、弾性体あるいはカム面を設けてもよい。また、押圧レバー７２の形状は一例を示すもので、押圧部７２ｂが内枠６０に干渉しない状態と、干渉して内枠６０を基板Ｗ側に押圧する干渉状態とに移行可能であればよい。

外枠５０は、以上の実施形態では、載置枠５１、中間枠５２及びカバー枠５３の三層構造としたため、機械加工が容易であるという利点があるが、例えばダイキャスト製の一体構造とすることもできる。

内枠６０は、基板Ｗの性質（厚さ）に応じて、異なる（特に厚さが異なる）複数を用意してもよい。

以上の実施形態は、フォトマスクＭを用いる投影露光装置を例に本発明を説明したものであるが、フォトマスクＭの代わりに光変調素子アレイ（例えば液晶パネルやＤＭＤなど）を用いたダイレクト露光装置、または、光変調素子アレイを用いないレーザ走査等によるダイレクト露光装置であってもよい。さらには、この基板矯正枠を投影光学系を備えないプロキシミティ露光装置等で使用してもよい。

１ 露光装置
１０ 照明光学系
１１ 投影光学系
２０ 露光ステージ
３０ 基板カセット
４０ 搬送ロボット
５０ 外枠
５１ 載置枠
５１ａ 基板露出開口
５１ｂ 支持面
５１ｃ 切欠部
５２ 中間枠
５２ａ 起立面
５３ カバー枠
５４ 段部
５５ 覗き孔
６０ 内枠
７０ 機械的押圧機構（ロック機構）
７１ 軸
７２ 押圧レバー
７２ａ 着力操作部
７２ｂ 押圧部
７３ トーションばね
７４ 被押圧部
Ｆ 基板矯正治具
Ｗ 基板

Claims (6)

1. 露光ステージ上に、基板矯正治具に支持された感光基板を位置させ、投影露光手段により上記感光基板にパターン像を露光する、基板矯正治具を用いる露光装置において、
   上記基板矯正治具が、
   上記感光基板の感光面周縁を支持する支持面及び該感光基板の端面に対向する起立面を有する段部とを備えた外枠；
   上記外枠内に挿入され、該外枠の上記支持面との間に上記感光基板の周縁を挟着する内枠；及び
   上記内枠を上記外枠の上記支持面に向けて押圧する機械的押圧機構；
   を備えたことを特徴とする基板矯正治具を用いる露光装置。
2. 請求項１記載の基板矯正治具を用いる露光装置において、
   上記機械的押圧機構は、上記外枠に形成した凹部に、該外枠の厚さ内に位置させて枢着された押圧レバーと、上記内枠に形成した、上記押圧レバーによって押圧される被押圧部とを備えている基板矯正治具を用いる露光装置。
3. 請求項２記載の基板矯正治具を用いる露光装置において、
   上記押圧レバーと被押圧部の係合部のいずれか一方には、該押圧レバーの操作により、上記内枠を支持面に向けて付勢するばね性部材とカム面の少なくとも一方が設けられている基板矯正治具を用いる露光装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の基板矯正治具を用いる露光装置において、
   上記投影露光手段側から、上記外枠、感光基板及び内枠の順に位置している基板矯正治具を用いる露光装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の基板矯正治具を用いる露光装置において、上記外枠には、上記起立面を一部除去して、上記感光基板端部を露出させる覗き孔が形成されている基板矯正治具を用いる露光装置。
6. 感光基板の感光面周縁を支持する支持面及び該感光基板の端面に対向する起立面を有する段部とを備えた外枠；
   上記外枠内に挿入され、該外枠の上記支持面との間に上記感光基板の周縁を挟着する内枠；及び
   上記内枠を上記外枠の上記支持面に向けて押圧する機械的押圧機構；
   を備えたことを特徴とする基板矯正治具。

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