JP4942625B2 - 近接露光装置及び近接露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの基板上にマスクのマスクパターンを近接露光する近接露光装置及び近接露光方法に関する。

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等を製造する近接露光装置では、該マスクをマスクステージで保持すると共に基板をワークステージで保持して両者を近接して対向配置した後、マスク側から基板にパターン露光用の光を照射することにより、マスクに描かれた複数のマスクパターンを基板上に露光転写する。ここで、マスクの厚さはその面積に対して非常に薄いため、マスクの自重による撓みや、マスク移動時の慣性や気圧の変化に起因する撓みが生じやすい。このため、マスクの撓みを防止する手法として、種々の考案が為されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

特許文献１に記載の露光装置では、マスクの自重による撓みを防止するため、マスクの下方空間を正圧に制御すべく、基板を含むワークステージ全体を密閉して正圧空間にする方法や、マスクの上方空間を負圧に制御すべく、基板を含むワークステージ全体を密閉して負圧空間にしたり、マスクの上方空間を密閉して負圧空間にする方法が示されている。

また、特許文献２に記載の露光装置では、マスクの下方空間を正圧に制御すべく、マスクの周囲に非接触式のシール部材を配置し、基板の移動により発生した陽圧を、シール部材から気体を吐出させるエアカーテン効果により維持する方法が知られている。
特許第２６７２５３５号公報 特開２００７−４１２６９号公報

ところで、特許文献１に記載の露光装置では、ワークステージ全体やマスクの上方空間を密閉空間にする必要があるため、空間内に形成される圧力分布の調整が困難で、また、密閉空間を構成するカバー類により良好な保守性が得られないという問題がある。

また、特許文献２に記載の露光装置では、シール部材から吐出される気体による圧力のばらつきによって基板とマスクが接触する可能性があり、また、シール部材も基板と接触する可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的簡単な構成で、マスクの撓みを確実に防止して、露光精度を向上することができる近接露光装置及び近接露光方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 被露光材としての基板を保持可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、を備える近接露光装置であって、
前記ワークステージ上には、前記保持された基板の周囲を囲むように弾性変形可能なシール部材が設けられ、
該シール部材は、前記マスクと前記基板との間の隙間が露光隙間となるように前記ワークステージと前記マスクステージの一方を接近移動させた時に、前記保持されたマスクと当接可能であり、前記マスクと前記基板との間の隙間空間を密封して、該隙間空間の圧力を前記マスクの上方側の圧力よりも高くすることを特徴とする近接露光装置。
（２） 前記シール部材の高さは、前記マスクと前記シール部材とが密着し始めた位置から前記露光位置まで移動することで得られる圧力上昇に基づいて設定されることを特徴とする（１）に記載の近接露光装置。
（３） 前記シール部材を介して前記隙間空間と連通するチューブを有し、該チューブを介して前記隙間空間内の圧力を調節可能な圧力調節手段をさらに有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の近接露光装置。
（４） 前記マスクは、前記シール部材と対向するように、前記基板より大きいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の近接露光装置。
（５） 被露光材としての基板を保持可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記ワークステージ上に、前記保持された基板の周囲を囲むように設けられる弾性変形可能なシール部材と、を備える近接露光装置を用いた近接露光方法であって、
前記マスクと前記基板との間の隙間が所定の距離となるように前記ワークステージと前記マスクステージの一方を接近移動させることで、前記シール部材を前記保持されたマスクに当接させ、前記マスクと前記基板との間の隙間空間を密封して、該隙間空間の圧力を前記マスクの上方側の圧力よりも高くする工程と、
前記マスクと前記基板との隙間が前記露光隙間となった状態で、前記照射手段によって前記基板に前記マスクのパターンを露光転写する工程と、
を備えることを特徴とする近接露光方法。

本発明の近接露光装置及び近接露光方法によれば、ワークステージ上には基板の周囲を囲むように弾性変形可能なシール部材が設けられ、シール部材は、マスクと基板との間の隙間が露光隙間となるようにワークステージとマスクステージの一方を接近移動させた時にマスクと当接可能であり、マスクと基板との間の隙間空間を密封して、隙間空間の圧力をマスクの上方側の圧力よりも高くする。これにより、比較的簡単な構成で、マスクの撓みを確実に防止して、露光精度を向上することができる。

以下、本発明の近接露光装置及び近接露光方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図３に示すように、本実施形態の近接露光装置ＰＥは、ガラス基板（被露光材）Ｗを保持するワークステージ１と、マスクＭを保持するマスクステージ２と、パターン露光用の照射手段としての照明光学系３と、ワークステージ１及びマスクステージ２を支持する装置ベース４とを備えている。

なお、ガラス基板Ｗ（以下、単に「基板Ｗ」という。）は、マスクＭに対向配置されて該マスクＭに描かれたマスクパターンＰを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面）に感光剤が塗布されて透光性とされている。

ワークステージ１は、装置ベース４上において、Ｘ軸方向に延びる一対のガイドレール１０と、一対のガイドレール１０間にガイドレール１０と平行に延び、モータ１１によって駆動されるボールねじ１２とを有する。

各ガイドレール１０には、複数のスライダ１３が移動可能に設けられ、また、ボールねじ１２には、ナット１４が取り付けられており、複数のスライダ１３及びナット１４は、Ｘ軸ステージ１５に取り付けられる。これにより、Ｘ軸ステージ１５は、装置ベース４に対してＸ軸方向に駆動可能となる。なお、駆動機構としては、ボールねじ機構の代わりに、リニアモータが設けられてもよい。

また、Ｘ軸ステージ１５とＺ軸ステージ１６との間には、モータとボールねじとくさびとを組み合わせてなる可動くさび機構からなるＺ軸微動機構１７がＹ方向一端中央とＹ方向他端両側の３箇所に設けられている。各Ｚ軸微動機構１７は、モータ１８によってボールねじのねじ軸１９（図３参照。）を回転駆動させ、くさび状に形成したナット２０の斜面をＺ軸ステージ１６の下面に突設したくさび２１の斜面と係合させる。

そして、ボールねじのねじ軸１９を回転駆動させると、くさび状のナット２０がＹ軸方向に水平微動し、この水平微動運動が両くさび２０，２１の斜面作用により高精度の上下微動運動に変換される。また、各Ｚ軸微動機構１７は、独立に制御することでチルト機能を兼ね備え、マスクＭと基板Ｗとが平行に対向するように調整される。

さらに、Ｚ軸ステージ１６は、内蔵したアクチュエータ（不図示）によって、ワークホルダ２２をＺ軸方向に駆動させる。ワークホルダ２２は、上面に基板Ｗを載置して真空吸引等によって基板Ｗを着脱自在に保持可能である。さらに、ワークホルダ２２上には、保持された基板Ｗの周囲を囲むように弾性変形可能なシール部材２３が設けられている。

また、マスクステージ２はマスクステージベース３０を備えており、該マスクステージベース３０は装置ベース４から突設された支柱３１に支持されてワークステージ１の上方に配置されている。

マスクステージベース３０は、略矩形形状とされて中央部に開口３０ａを有し、この開口３０ａ近傍の上面にマスク保持枠３２が載置されている。これにより、マスク保持枠３２はマスクステージベース３０の開口３０ａと所定の隙間を介して挿入され、不図示の駆動機構によりＸ，Ｙ軸方向、及びθ方向に移動可能となる。

マスク保持枠３２の下部にはチャック部３３が固定されており、真空吸着等によってマスクＭをチャック部３３の下面に吸着保持する。マスクＭは、ワークホルダ２２上のシール部材２３と対向するように、基板Ｗより大きなサイズのものが使用される。なお、図示しないが、マスク保持枠３２には、マスクと基板との対向面間の隙間を検出するギャップセンサ、マスクと基板とのアライメントを調整するためのアライメントカメラ等が設けられている。

さらに、マスクステージ２の上方には照明光学系３が設けられており、照明光学系３は、紫外線照射用の光源である高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプから照射された光を集光する凹面鏡、凹面鏡の焦点近傍に切替え自在に配置される二種類のオプチカルインテグレータ、平面ミラー、球面ミラー、及び平面ミラーとオプチカルインテグレータ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を備える。

そして、露光時には、マスクステージ２にマスクＭを吸着保持させると共に、ワークステージ１に基板Ｗを吸着保持させ、マスク保持枠３２の下方に位置するワークホルダ２２を上昇させて、基板ＷとマスクＭとの対向面間の隙間が露光隙間ｇとなるまで基板ＷをマスクＭに接近移動させる（図２（ｂ）参照）。そして、露光制御用シャッターが開制御されると、高圧水銀ランプから照射された光が光路Ｌを経て、マスクステージ２に保持されるマスクＭ、ひいてはワークステージ１に保持される基板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Ｐが基板Ｗ上に露光転写される。

ここで、ワークホルダ２２に配置されるシール部材２３は、ワークホルダ２２を接近移動させると、図２（ａ）に示すように、マスクＭと密着し始め、さらに、マスクＭと基板Ｗとの間の隙間が露光隙間ｇとなるまで近づけることで、図２（ｂ）に示すように、マスクＭと当接しながら弾性変形する。

これにより、ワークホルダ２２を接近移動させると、マスクＭと基板Ｗとの間の気体の圧力が高まり陽圧が形成され、マスクＭの中央が上方に盛り上がるように変形し、マスクＭの自重による撓みを抑制する。そして、マスクＭとシール部材とが密着し始めた位置から露光位置まで移動することで、さらに密封されたマスクＭと基板Ｗとの間の隙間空間の圧力を上昇させる。この結果、隙間空間の圧力ｐ１がマスクＭの上方側の圧力ｐ２よりも高くなり、マスクＭの撓みがキャンセルされた状態でマスクＭと基板Ｗとの隙間が均一に安定して維持される。

従って、シール部材２３の高さは、マスクＭとシール部材２３とが密着し始めた位置から露光位置まで移動することで得られる隙間空間内の圧力上昇に基づいて設定される。このため、シール部材２３の変形によって圧縮される隙間空間が、所望の圧力より高くなりすぎないように、基板Ｗとシール部材２３との間の空間設計が行われる。

なお、本実施形態では、シール部材２３としてＯ−リングが使用されているが、隙間方向及び水平方向に自由度を与えるように変形可能なリップシールであってもよく、或いは、中空状のＯ−リングであってもよい。いずれのシール部材２３においても、上面視で矩形状となるように、四隅を整形する必要がある。

ここで、基板Ｗに第一層（カラーフィルタのブラックマトリクス等）を露光する場合には、ステップ露光のようなワークステージの移動軸に対するマスクＭの高精度な位置決めは必要なく、簡単なアライメント調整のみでよい。

また、基板Ｗに第二層以降（カラーフィルタのＲ，Ｇ，Ｂ層等）を露光する場合には、アライメントカメラを用いた画像認識により、基板Ｗの第１層に対してマスクＭを高精度に位置決めする。

即ち、図４に示すように、シール部材２３は、基板Ｗの一層目ＢＭに対してアライメントされたマスクＭに対して平行に配置される必要がある。このため、第二層以降を露光する近接露光装置ＰＥの場合では、シール部材２３は、ワークホルダ２２に対する水平移動が許容できるように構成される。なお、図３に示す近接露光装置ＰＥを用いて第一層ＢＭを露光することも勿論可能である。

従って、本実施形態の近接露光装置及び近接露光方法によれば、ワークステージ１上には基板Ｗの周囲を囲むように弾性変形可能なシール部材２３が設けられ、シール部材２３は、マスクＭと基板Ｗとの間の隙間が露光隙間となるようにワークステージ１を接近移動させた時にマスクＭと当接可能であり、マスクＭと基板Ｗとの間の隙間空間を密封して、隙間空間の圧力をマスクＭの上方側の圧力よりも高くする。これにより、比較的簡単な構成で、マスクＭの撓みを確実に防止して、露光精度を向上することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る近接露光装置について図５を参照して説明する。なお、図５は、本実施形態の近接露光装置の要部のみを示し、また、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

図５に示すように、本実施形態の近接露光装置では、ワークステージ１は、シール部材２３を介して隙間空間と連通するチューブ５１を有し、チューブ５１を介して隙間空間内の圧力を調節可能な圧力調節手段としての圧力容器５２を備える。これにより、例えば、基板Ｗが上下動する際にマスクＭの変形を抑制し、マスクＭの振動を制御することができる。また、露光時における隙間空間が所望の圧力となるように、隙間空間内に気体を圧力容器５２によって増減してもよい。

なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。圧力調節手段は、制御弁によって構成されてもよく、或いは、補助タンクによって構成されてもよい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
例えば、本実施形態では、マスクＭは、マスク保持枠３２のチャック部３３の下面に吸着保持されているが、チャック部３３の上方にマスクＭを配置してマスクＭの落下を防止するようにしてもよい。
また、本発明の近接露光装置では、レーザー測長システムが必要に応じて設けられてもよい。

本発明の第１実施形態に係る、カラーフィルタの第一層を露光する近接露光装置を示す側面図である。 （ａ）は、ワークステージを駆動してシール部材がマスクに密着し始めた状態を示す要部拡大図であり、（ｂ）は、シール部材が変形して基板とマスクとの隙間が露光隙間となった状態を示す要部拡大図である。 第１実施形態に係る、カラーフィルタの第二層以降を露光する近接露光装置を示す側面図である。 高精度にアライメントする際のシール部材の水平移動を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る近接露光装置の要部を示す側面図である。

符号の説明

１ ワークステージ
２ マスクステージ
３ 照明光学系（照射手段）
２３ シール部材
ｇ 露光隙間
Ｍ マスク
Ｐ マスクパターン
ＰＥ 近接露光装置
Ｗ ガラス基板（被露光材）

Claims (5)

1. 被露光材としての基板を保持可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、を備える近接露光装置であって、
   前記ワークステージ上には、前記保持された基板の周囲を囲むように弾性変形可能なシール部材が設けられ、
   該シール部材は、前記マスクと前記基板との間の隙間が露光隙間となるように前記ワークステージと前記マスクステージの一方を接近移動させた時に、前記保持されたマスクと当接可能であり、前記マスクと前記基板との間の隙間空間を密封して、該隙間空間の圧力を前記マスクの上方側の圧力よりも高くすることを特徴とする近接露光装置。
2. 前記シール部材の高さは、前記マスクと前記シール部材とが密着し始めた位置から前記露光位置まで移動することで得られる圧力上昇に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置。
3. 前記シール部材を介して前記隙間空間と連通するチューブを有し、該チューブを介して前記隙間空間内の圧力を調節可能な圧力調節手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の近接露光装置。
4. 前記マスクは、前記シール部材と対向するように、前記基板より大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の近接露光装置。
5. 被露光材としての基板を保持可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記ワークステージ上に、前記保持された基板の周囲を囲むように設けられる弾性変形可能なシール部材と、を備える近接露光装置を用いた近接露光方法であって、
   前記マスクと前記基板との間の隙間が露光隙間となるように前記ワークステージと前記マスクステージの一方を接近移動させることで、前記シール部材を前記保持されたマスクに当接させ、前記マスクと前記基板との間の隙間空間を密封して、該隙間空間の圧力を前記マスクの上方側の圧力よりも高くする工程と、
   前記マスクと前記基板との隙間が前記露光隙間となった状態で、前記照射手段によって前記基板に前記マスクのパターンを露光転写する工程と、
   を備えることを特徴とする近接露光方法。

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