JP4529606B2 - 近接露光装置及び近接露光装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、マスク保持枠の下部に吸着保持されているマスクの脱落を防止する機能を備えた近接露光装置及びその制御方法に関する。

近接露光装置は、表面に感光剤を塗布した透光性の基板（被露光材）を基板ステージ上に保持するとともに、基板をマスクステージのマスク保持枠に保持されたマスクに接近させて両者のすき間を例えば数１０μｍ〜数１００μｍにし、次いで、マスクの基板から離間する側から照射手段によって露光用の光をマスクに向けて照射することにより基板上に該マスクに描かれたパターンを露光転写する装置である。
このような近接露光装置では、マスク保持枠の下面に設けたマスク吸着部に、マスクの端部が吸着保持されているとともに、マスク保持を確実にするために、爪部材をマスクの端部に当接した機械的な保持機構でマスクがマスク保持枠に固定されている。

しかし、爪部材のように局部的に強い力でマスクを固定するとマスクに大きな歪みが発生し、基板に露光転写される露光パターンの精度に悪影響を与えるおそれがある。
また、マスクの歪み発生を防止するために爪部材による局部的な固定を行わず、真空圧のみでマスクを吸着保持すると、何らかの原因で真空圧が停止したときに、マスクがマスク保持枠から落下して破損するおそれがある。

本発明はこのような不具合を解決するためになされたものであり、マスクを保持する際のマスクに発生する歪みを最小限に抑えることで基板に露光転写される露光パターンの精度悪化を防止するとともに、マスクを吸着保持するための真空圧が停止しても、マスク保持枠からのマスクの脱落を確実に防止することができる近接露光装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る請求項１記載の近接露光装置は、被露光材としての基板を保持する基板ステージと、この基板ステージの上方に配置したマスクフレームと、このマスクフレームの中央部開口にマスク位置調整手段を介して配置したマスク保持枠と、このマスク保持枠の下面に設けられ、マスクパターンを有するマスクを真空で吸着保持するマスク吸着部と、パターン露光用の光を照射する照射手段とを備え、前記基板を前記マスクに接近させ、前記照射手段の光を前記マスクに向けて上方から照射することでマスクパターンを前記基板に露光転写する近接露光装置において、前記マスク吸着部に吸着保持される前記マスクの端部の下面を下側から支持するマスク脱落防止機構を備えている。

また、請求項１記載の発明は、請求項１記載の近接露光装置において、前記マスク脱落防止機構は、前記マスク吸着部に保持される前記マスクの端部の下方に位置するクランパと、このクランパを上下方向に移動可能なアクチュエータと、前記クランパが前記マスクの端部の下面に当接するように前記アクチュエータの駆動制御を行う制御部とを有する。

また、請求項１記載の発明は、前記アクチュエータが、上下方向にストロークするピストンロッドが前記クランパと連結し、所定位置までストロークした前記ピストンロッドをその位置で保持するブレーキ作動状態と、前記ピストンロッドを微小にストロークさせるブレーキ開放状態を有するブレーキ付きシリンダであり、前記制御部は、前記クランパが前記マスクの端部の下面に当接する前には前記ブレーキ付きシリンダをブレーキ作動状態とし、前記クランパが前記マスクの下面に当接した後に前記前記ブレーキ付きシリンダをブレーキ開放状態とし、所定時間の経過後、ブレーキ作動状態とする制御を行うようにした。

さらに、請求項２記載の発明は、前記クランパの上部にマスク吸着補助手段を設け、このマスク吸着補助手段は、前記マスク吸着部に対して前記マスクの吸着保持を行っているときに前記マスクを下側から押し付ける動作を行うとともに、前記マスクの吸着保持が完了したときに押し付け動作を解除するようにした。
また、請求項３記載の発明は、被露光材としての基板を保持する基板ステージと、この基板ステージの上方に配置したマスクフレームと、このマスクフレームの中央部開口にマスク位置調整手段を介して配置したマスク保持枠と、このマスク保持枠の下面に設けられ、マスクパターンを有するマスクを吸着保持するマスク吸着部と、パターン露光用の光を照射する照射手段とを備え、前記基板を前記マスクに接近させ、前記照射手段の光を前記マスクに向けて上方から照射することでマスクパターンを前記基板に露光転写する近接露光装置の制御方法において、前記マスク吸着部に保持される前記マスクの端部の下方に位置するクランパを、ブレーキ付きシリンダを作動させて前記マスクの下面に当接させるステップと、前記クランパが前記マスクの下面に当接した後に、前記ブレーキ付きシリンダをそのピストンロッドを微小にストロークさせるブレーキ開放状態に制御するステップと、前記ブレーキ付きシリンダをブレーキ開放状態としてから所定時間経過後にブレーキ作動状態とするステップとを有している。

本発明の請求項１、３記載の近接露光装置によると、何らかの原因でマスク吸着部によるマスクの吸着保持が行われなくなっても、マスク脱落防止機構がマスクの端部の下面を下側から支持しているので、マスクが落下して破損するのを防止することができる。
また、ブレーキ付きシリンダをブレーキ開放状態とし、所定時間の経過後に、ブレーキ付きシリンダをブレーキ作動状態とすることから、マスクの下面に当接しているクランパの押し付け力が低減するので、クランパの押し付けによるマスクの歪みの発生を最小限に抑えることができ、基板に露光転写される露光パターンの精度悪化を防止することができる。
さらに、請求項２記載の近接露光装置によると、上記の効果に加えて、マスク吸着部へのマスクの吸着保持を、迅速、且つ確実に行うことができる。

以下、本発明に係る近接露光装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る近接露光装置の概略構成を示す図であり、図２は、本実施形態の装置のマスクステージ１を上方から示した図であり、図３及び図４は、本発明に係る第１実施形態のマスク脱落防止機構４０を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の装置は、露光すべきパターンが描かれているマスクＭを、マスクステージ１で保持すると共に、基板Ｗを基板ステージ２で保持し、この状態で基板ステージ２をマスクＭに対してＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向にステップ移動させて各ステップ毎にマスクＭと基板Ｗとを近接して対向配置した状態で、照射手段３からパターン露光用の光をマスクＭに向けて照射することにより、マスクＭのパターンを基板Ｗ上に露光転写するようにした装置である。

図１において符号４は装置ベース４であり、この装置ベース４上に基板ステージ２をＹ軸方向にステップ移動させるＹ軸ステージ送り機構５が設置されている。基板ステージ２の上面にはワークチャック２ａが設けられ、基板Ｗが真空吸引された状態で保持されるようになっている。
Ｙ軸ステージ送り機構５と基板ステージ２の間には、基板ステージ２の単純な上下動作を行う上下粗動装置７と、基板ステージ２を上下に微動させてマスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を所定量に微調整する上下微動装置８が設置されている。

この上下微動装置８は、Ｙ軸送り台５ａのＸ軸方向の一端側（図１の左端側）に１台、他端側に２台合計３台設置されてそれぞれが独立に駆動制御されるようになっている。これにより、上下微動装置８は、ギャップセンサ３１によってマスクＭと基板Ｗとのすき間を計測しつつ平行度も良好に、すき間の目標値まで基板ステージ２の高さを微調整する。
ギャップセンサ３１は、後述する真空吸着板２６のＹ軸方向に沿う二辺の内側上方にＹ軸方向に互いに離間して２カ所ずつ、合計４箇所配置されており、これらの４個のギャップセンサ３１による測定結果に基づいて図示しない制御装置で演算処理を行うことでマスクＭと基板Ｗとの対向面間の平行度のずれ量を検出することができ、この検出ずれ量に応じて上述した上下微動装置８の上下微動機能と傾き調整機能が制御されてマスクＭと基板Ｗとの対向面間の平行度が確保されるようになっている。

また、符号３０は、マスクＭの露光領域に設けられたアライメントマークと、基板Ｗ側に設けたアライメントマーク又は基板ステージ２に設けられたアライメントマークとを撮像するアライメントカメラであり、真空吸着板２６のＹ軸方向に沿う二辺の各内側上方でＹ軸方向の略中央部にそれぞれ一カ所ずつ合計２カ所配置されおり、これらの２個のアライメントカメラ３０の画像データに基づいて図示しない制御装置で演算処理を行うことでマスクＭと基板Ｗとの平面ずれ量を検出することができ、この検出平面ずれ量に応じて後述するマスク位置調整手段が、マスク保持枠２５をＸ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）に移動させてマスク保持枠２５に保持されたマスクＭの基板Ｗに対する向きを調整するようになっている。

マスクステージ１は、図２に示すように、略長方形状の枠体からなるマスクフレーム２４と、このマスクフレーム２４の中央部開口に隙間を設けて挿入され、マスク位置調整機構によりに移動可能に支持されたマスク保持枠２５とを備えており、マスクフレーム２４は、装置ベース４から突設された支柱４ａによって基板ステージ２の上方の定位置に保持されている。

マスク位置調整手段は、マスクフレーム２４とマスク保持枠２５のＹ軸方向に沿う辺同士に連結したＸ軸方向駆動装置１０と、マスクフレーム２４とマスク保持枠２５のＸ軸方向に沿う辺同士に連結したＹ軸方向駆動装置１２とを備えており、これらＸ軸方向駆動装置１０及びＹ軸方向駆動装置１２によりマスク保持枠２５のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）の調整が行われる。

マスク保持枠２５の中央部開口の下面には、中央部開口の内方に向けて張り出す平面視ロ字形状の真空吸着板２６が設けられており、この真空吸着板２６の下面に、図示しないが真空圧発生装置に接続した吸着溝が形成されている。そして、Ｘ軸方向から搬送されてきたマスクＭの端部を真空吸着板２６の下面に当接すると、真空圧発生装置の駆動により吸着溝に吸引力が発生することで、マスクＭの端部が真空吸着板２６を介してマスク保持枠２５に吸着保持されるようになっている。

ここで、Ｘ軸方向に互いに離間している２箇所の真空吸着板２６の下部には、マスク保持枠２５の真空吸着板２６に吸着保持されたマスクＭの端部を、下側から保持する一対のマスク脱落防止機構４０が設けられている。
各マスク脱落防止機構４０は、図３及び図４に示すように、真空吸着板２６の下方に位置する板状のクランパ４２と、クランパ４２の上面に設けられてマスクＭの端部の下面に当接可能なプラスチック製やウレタン製等の当接部材４４と、シリンダ本体４６ａをマスク保持枠２５に固定し、ピストンロッド４６ｂをクランパ４２の長手方向の両端部に連結してクランパ４２を上下方向に移動させる一対のシリンダ４６と、一対のシリンダ４６の空気供給制御を行う制御バルブ４８と、制御バルブ４８に対して制御信号を送るコントローラ５０とで構成されている。

一対のシリンダ４６は、空圧式のブレーキ付きシリンダである。このブレーキ付きシリンダ４６は、ブレーキ作動状態では、シリンダ本体４６ａ内部に設けたバネのバネ力によりコレットチャックが作動して所定位置までストロークしたピストンロッド４６ｂをその位置で保持し、ブレーキ開放状態では、バネ力の開放によりコレットチャックの作動が停止し、ピストンロッド４６ｂが微小にストロークするのを許容するシリンダである。

次に、マスク保持枠２５の吸着保持板２６へのマスクＭの吸着保持が完了した後、コントローラ５０のシーケンス処理によるマスク脱落防止機構４０の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。ここで、ブレーキ付きシリンダ４６の初期の状態は、ブレーキ作動状態となっている。
先ず、ブレーキ付きシリンダ４６のピストンロッド４６ａを縮退させて、クランパ４２を上昇させていく（ステップＳ１０）。
次に、クランパ４２の上面に設けた当接部材４４がマスクＭの端部の下面に当接したときに、ブレーキ付きシリンダ４６の駆動を停止することで、クランパ４２の上昇を停止する（ステップＳ２０）。

次に、ブレーキ付きシリンダ４６をブレーキ開放状態とする（ステップＳ３０）。
次に、所定時間（例えば２、３秒）の経過後、ブレーキ付きシリンダ４６をブレーキ作動状態とする（ステップＳ４０）。
このように、マスク脱落防止機構４０の当接部材４４がマスクＭの端部の下面に当接してマスクＭを下側から支持しているので（ステップＳ２０）、何らかの原因で真空圧発生装置の駆動が停止し、吸着保持板２６によるマスクＭの吸着保持が行われなくなっても、マスクＭが落下して破損するのを防止することができる。

また、当接部材４４がマスクＭの端部の下面に当接してからブレーキ付きシリンダ４６をブレーキ開放状態とし、所定時間の経過後に、ブレーキ付きシリンダ４６をブレーキ作動状態とすることから（ステップＳ３０，Ｓ４０）、ピストンロッド４６ｂのストロークが僅かに伸長する。ピストンロッド４６ｂのストロークが僅かに伸長すると、マスクＭの下面に当接している当接部材４４の押し付け力が低減する。これにより、当接部材４４の押し付けによるマスクＭの歪みの発生を最小限に抑えることができるので、基板Ｗに露光転写される露光パターンの精度悪化を防止することができる。

次に、図６及び図７は、本発明に係る第２実施形態の脱落防止機構５４を示す図である。なお、図３及び図４に示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の脱落防止機構５４は、クランパ４２の上面にマスク吸着補助シリンダ５６を設け、このマスク吸着補助シリンダ５６の空圧制御を行う制御バルブ５８を設けている。

マスク吸着補助シリンダ５６は、ピストンロッド５６ａが伸長することでマスクＭの下面を押圧するようになっている。
次に、コントローラ５０のシーケンス処理による本実施形態のマスク脱落防止機構５４の動作について図８のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態では、マスク保持枠２５の吸着保持板２６にマスクＭを吸着保持するときに、マスク脱落防止機構５４が動作を開始するものとする。

先ず、マスク吸着補助シリンダ５６のピストンロッド５６ａを伸長させてマスクＭの下面を押し付ける動作を行い、この動作を、吸着保持板２６へのマスクＭの吸着保持が完了するまで続ける（ステップＳ２）。
次に、マスクＭの吸着保持が完了した時点で、マスク吸着補助シリンダ５６のピストンロッド５６ａがマスクＭの下面から離れて押し付ける動作を解除する（ステップＳ４）。

次に、ブレーキ付きシリンダ４６のピストンロッド４６ａのストロークを減少させ、クランパ４２を上昇させていく（ステップＳ１０）。
次に、クランパ４２の上面に設けた当接部材４４がマスクＭの端部の下面に当接したときに、ブレーキ付きシリンダ４６の駆動を停止することで、クランパ４２の上昇を停止（ステップＳ２０）。

次に、ブレーキ付きシリンダ４６をブレーキ開放状態とする（ステップＳ３０）。
次に、所定時間（例えば２、３秒）の経過後、ブレーキ付きシリンダ４６をブレーキ作動状態とする（ステップＳ４０）。
本実施形態によると、クランパ４２の上面に設けたマスク吸着補助シリンダ５６が、吸着保持板２６に吸着保持されるマスクＭの補助動作を行うので、吸着保持板２６へのマスクＭの吸着保持を、迅速、且つ確実に行うことができる。
また、第１実施形態のマスク脱落防止機構４０と同様の作用効果を奏することができる。

本発明に係る近接露光装置を示す図である。 本発明に係る近接露光装置のマスクステージを上方から示した図である。 図２のIII−III線矢視図であり、本発明に係る第１実施形態のマスク脱落防止機構を示す図である。 第１実施形態のマスク脱落防止機構の要部を示す図である。 第１実施形態のマスク脱落防止機構の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る第２実施形態のマスク脱落防止機構を示す図である。 第２実施形態のマスク脱落防止機構の要部を示す図である。 第２実施形態のマスク脱落防止機構の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 基板ステージ
３ 照射手段
１０ Ｘ軸方向駆動装置（マスク位置調整手段）
１２ Ｙ軸方向駆動装置（マスク位置調整手段）
２４ マスクフレーム
２５ マスク保持枠
２６ 真空吸着板（マスク吸着部）
４０，５４ マスク脱落防止機構
４２ クランパ
４６ 空圧式のブレーキ付きシリンダ
４４ 当接部材
５０ コントローラ（制御部）
５６ 吸着保持シリンダ（マスク吸着補助手段）
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 被露光材としての基板を保持する基板ステージと、この基板ステージの上方に配置したマスクフレームと、このマスクフレームの中央部開口にマスク位置調整手段を介して配置したマスク保持枠と、このマスク保持枠の下面に設けられ、マスクパターンを有するマスクを吸着保持するマスク吸着部と、パターン露光用の光を照射する照射手段とを備え、前記基板を前記マスクに接近させ、前記照射手段の光を前記マスクに向けて上方から照射することでマスクパターンを前記基板に露光転写する近接露光装置において、
   前記マスク吸着部に吸着保持される前記マスクの端部の下面を下側から支持するマスク脱落防止機構を備え、
   該マスク脱落防止機構は、前記マスク吸着部に保持される前記マスクの端部の下方に位置するクランパと、このクランパを上下方向に移動可能なアクチュエータと、前記クランパが前記マスクの端部の下面に当接するように前記アクチュエータの駆動制御を行う制御部とを有し、
   前記アクチュエータは、上下方向にストロークするピストンロッドが前記クランパと連結し、所定位置までストロークした前記ピストンロッドをその位置で保持するブレーキ作動状態と、前記ピストンロッドを微小にストロークさせるブレーキ開放状態を有するブレーキ付きシリンダであり、前記制御部は、前記クランパが前記マスクの下面に当接した後に前記ブレーキ付きシリンダをブレーキ開放状態とし、所定時間の経過後、ブレーキ作動状態とする制御を行うことを特徴とする近接露光装置。
2. 前記クランパの上部にマスク吸着補助手段を設け、このマスク吸着補助手段は、前記マスク吸着部に対して前記マスクの吸着保持を行っているときに前記マスクを下側から押し付ける動作を行うとともに、前記マスクの吸着保持が完了したときに押し付け動作を解除することを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置。
3. 被露光材としての基板を保持する基板ステージと、この基板ステージの上方に配置したマスクフレームと、このマスクフレームの中央部開口にマスク位置調整手段を介して配置したマスク保持枠と、このマスク保持枠の下面に設けられ、マスクパターンを有するマスクを吸着保持するマスク吸着部と、パターン露光用の光を照射する照射手段とを備え、前記基板を前記マスクに接近させ、前記照射手段の光を前記マスクに向けて上方から照射することでマスクパターンを前記基板に露光転写する近接露光装置の制御方法において、
   前記マスク吸着部に保持される前記マスクの端部の下方に位置するクランパを、ブレーキ付きシリンダを作動させて前記マスクの下面に当接させるステップと、
   前記クランパが前記マスクの下面に当接した後に、前記ブレーキ付きシリンダをそのピストンロッドを微小にストロークさせるブレーキ開放状態に制御するステップと、
   前記ブレーキ付きシリンダをブレーキ開放状態としてから所定時間経過後にブレーキ作動状態とするステップと
   を有することを特徴とする近接露光装置の制御方法。

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