JP5493279B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロキシミティー露光方式（近接露光方式）の露光装置で使用するフォトマスクの自重による撓みを補正する方法に関する。

プロキシミティー露光方式（近接露光方式）を用いた露光装置は、図２（ａ）に示すように、被露光基板（以下、ワーク８と記す）を上面に保持する露光チャック７と、ワーク８の上方にフォトマスク１を保持するマスクステージ６もしくはマスクホルダー（図示せず）を備える。露光の際、ワーク８とフォトマスク１の間は例えば９０〜２００μｍ程度の所定の微小間隔（プロキミティーギャップもしくはクリアランス、以下、クリアランスと記す）を隔てて配置され、フォトマスク１上方から紫外光を照射してワーク８上に形成したフォトレジストにフォトマスクのパターンを焼き付けるものである。

しかし、単にマスクステージあるいはマスクホルダーを用いてフォトマスクを全周方向で支持固定するような保持の仕方では、フォトマスクのサイズが大面積化すると、フォトマスクの中心部分がマスクの自重によって沈み込んでマスクが撓むようになる。この結果、フォトマスクとワークのクリアランスが場所によって変動するため、マスクパターンがフォトレジストに正確に焼き付けられなくなり、現像後に得られるレジストのパターン精度が低下する。

この自重による撓みを補正する方法として、フォトマスク１とワーク８との間にエアーを導入しそのエアー圧力で撓みを補正することが可能であるが、構造が複雑で大掛かりとなり、実用的でないという問題があった。

これに対し、撓み補正バーでマスクの撓みを補正する方式が提案されている（特許文献１）。すなわち、図２（ａ）に示すように、フォトマスクを該フォトマスクの対向する２辺（例えば２長辺）の端部より若干内側にて下側から支持部材４で支持した上で、支持部材のより外側のマスクの縁部５に直線状の部材２（以下、撓み補正バーと記す）を接触させ加圧し、梃子の原理によりフォトマスク中央部分を持ち上げて撓みを補正する方式である。加圧するための撓み補正バー２は、図１（ａ）に示すような平らで横に長い断面視T字型の形状であって、Ｔ字本体部分１３はＳＵＳ（ステンレス）材で構成されるが、フォトマスクと直接接触する先端部３には、緩衝材としてＳＵＳより硬度の低いＵＰＥ樹脂（超高分子ポリエチレン）が装着され、フォトマスクへの加圧性を高めている。この補正バー２、１３の上部にサーボモーター１０のトルクを利用して圧力を加え、それを荷重としてフォトマスク縁部５に伝える方式である。
特開２００１−１０９１６０号公報

しかしながら、上記のＴ字型に一体化された形態の撓み補正バーにあっては次の問題がある。

先ず、ＳＵＳ材のＴ字型補正バーのワーク８と接触する部分には、幅が１ｍｍで長さが基板長程度以下のＵＰＥ樹脂が装着される。しかし、補正バーの歪みや曲がり、ＵＰＥのキズ、曲がり等の影響で所々ワークと接触しない部分が生じ、加圧（以下、荷重とも記す）がフォトマスク側に十分伝わらず、部位によりクリアランスが不均一になるという問題が生じる。

また、ＵＰＥ部材３（Ｔ字ＳＵＳ部材）の長さが露光装置の設計上の理由で、ワークへの加圧を平面視で表す図2（ｂ）に示すように、フォトマスク１の長さより短くせざるを得ないため、フォトマスクのコーナー部分９に適切な荷重を加えられないという問題がある。その結果、短辺中央部を持ち上げる力が加わらず撓みの補正が困難であった。

さらに、ワーク側にあっては、ワークを載置するステージ７の表面平坦性に問題がある。ステージが新しい場合は、ステージ表面は一般に１２〜２５μｍ程度のうねりを有するが、使用するにつれて経時劣化が進み平坦性が低下する。ワークはステージのうねりに追従して変形する。そのため、この影響により露光時にマスクとワークとのクリアランスを所望する値に設定することが出来なくなり、ワークに微細なパターン形成を行う上で無視できなくなるという問題がある。

以上のことから、従来構造の撓み補正バーを使用した場合には、いくらか荷重を調整しても、フォトマスク１とステージ上のワーク８とのクリアランスを全面にわたって、９０〜２００μｍの間の所望の値に設定することが困難である。その結果、焼き付けられて現像されて得られるレジストパターンは部分的に所望されるパターンとならず、レジストパターンの解像度、パターン精度が上がらないという問題があった。

したがって、本発明の課題は、フォトマスクと被露光基板のクリアランスを場所ごとに良好に達成することであって、具体的には被露光基板側のうねりに応じてフォトマスク側に撓みを与えることが可能で、特に短辺中央部にも十分に制御された加圧を行うことが可能な露光方法及び露光装置を提供することにある。言い換えれば、フォトマスク縁部全体に所望の不均一性を有する荷重分布を付与することが可能であって、且つ、その荷重分布をフォトマスクと被露光基板の実際のクリアランスと対応付けることができる露光方法及び露光装置を提供することにある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、請求項１の発明は、被露光基板を保持する露光チャックと、前記被露光基板と対向するようフォトマスクを保持させるマスクステージもしくはマスクホルダーとを備え、プロキシミティ露光方式にて前記フォトマスクを介して被露光基板に露光を行う露光装置において、
自重によるフォトマスクの撓みを補正するため、前記フォトマスクの対向する２辺の縁部を上方から加圧して補正する撓み補正バーを具備し、
前記撓み補正バーを、各々がフォトマスクに接触可能なように複数に分割し、前記分割された部位を各々、フォトマスク方向に個別に移動可能とした調整ネジを備えることで、各分割部位と接触するフォトマスク部位への加圧力を個別に変化させ、前記調整ネジと分割部位との間に、ロードセルを設けたことを特徴とする露光装置である。

かかる構成とすることによって、フォトマスク基板の端部の各部位に加えられる加圧量を容易に数値化することができる。

さらに請求項２の発明は、前記調整ネジが差動ネジであることを特徴とする露光装置としたものである。

差動ネジを使用して分割された補正バーの位置（分割補正バーの押し込み量）を細かく変化させることで、加圧量の微調整が可能となる。

さらに請求項３の発明は、前記フォトマスクと被露光基板のクリアランスを測定するためのセンサーを備えたことを特徴とする露光装置としたものである。

この構成とすることによって、フォトマスクと被露光基板間のクリアランスを容易に測定できる。

以上、本発明によれば、フォトマスクと接触する撓み補正バーが分割され細分化された構成であるので、ネジの押し込み量を分割した補正バーごとに調節することでフォトマスクに加える荷重を変えることができる。これによって、ワーク用ステージの表面のうねりに対応したフォトマスクの側の撓みの細かな合わせこみも可能となる。また、従来は改善が困難であった、フォトマスクの短辺2辺の中央部分の撓みに関しても、コーナー部に独立して荷重を加えることが容易となるので、フォトマスクとステージに載置したワーク（被露光基板）のクリアランスを全面にわたって一定に保持できる。そのため、精度の良いパターン露光が可能となる。

ロードセルにより分割バーに加えられた荷重が値として分かり、クリアランスも同時に計測できる構成となっているため、フォトマスクセット後の最善の荷重分布とクリアランス分布が把握できる。これらのデータを利用することで、フォトマスクを交換した際のクリアランスの調整及びステージの経時変化等に対する対応が容易となる。この点につき以下に説明する。

フォトマスクは、サイズ、材質、厚み、または、フォトマスク上に形成されるパターンの種類などに応じても、各種のフォトマスクが存在する。そのため、本発明に係わる露光装置においては、被露光基板とのクリアランスを所定のクリアランスにするために行う調整ネジの調整は、各種のフォトマスクをセットする毎にその都度行う必要が生じる。工業製品においては少量多品種化が進行している。そのため、露光装置にセットするフォトマスクは一種類とは限らず、露光工程の段取りによっては複数枚のフォトマスクを交互に取り替えて露光を行う必要が生じる。マスクを交換した際、調整ネジによる調整とクリアランスの確認とを交互に行い、試行錯誤的に良好なクリアランスを行うと作業時間が長くなり、作業効率が低下する。

一方、フォトマスクと被露光基板とのクリアランスが良好となった際に、各ロードセルで得られた電気信号を予め保存しておけば、その記録を取ったフォトマスクをセットした際に、記録しておいた電気信号と同じ信号が得られるように調整ネジによる調整（押し込
み）を行えば、短時間で良好なクリアランスが取れることになり、作業効率が向上する。

以下、本発明になる露光方法及び露光装置の一例を図１、図２及び表を用いて説明する。

従来の露光装置で用いた断面視Ｔ字型の撓み補正バー１３を長辺方向から見た模式図を図１（ａ）に示す。撓み補正バー１３は、図示しないサーボモーター等の加圧手段に駆動連結部１１を介して連結されており、加圧手段による圧力は、駆動連結部１１を介して撓み補正バー１３に伝えている。

一方、図１（ｂ）は本発明になる撓み補正バーを長辺方向から見た模式図であって、本発明に関わる撓み補正バーは、３つのそれぞれ独立した部分Ａ，Ｂ，Ｃから構成される。梃子の原理によりフォトマスク中心部分を持ち上げるため撓み補正バーで、ワークに直接に接する部分はＣであって、Ｃは複数に分割された部位（以下、分割バーと記す）から構成される。分割されたこの形状にあっては、各分割バーの横の長さ自体は同じである必要はない。またＡの部分は、図示しないサーボモーター等の加圧手段に連結し、加圧手段から加えられる荷重（圧力）を受け止める駆動連結部１１である。Ｂは、一方の側に調整ネジ１４と分割バーが連結されるとともに、他方の側で駆動連結部Ａと連結する部位である（以下、連結部１６と記す）。なお、駆動連結部１１を介することなく、連結部１６を直接に図示しない加圧手段に連結させても構わない。

分割バー１２には各々、該中央部分に調整ネジ１４、望ましくは、図１（ｃ）で示す微調整が可能な差動ネジ１４’が取り付けられる。調整ネジ１４の両側には調整ネジの緩みを防止する固定用のネジを併設するのが望ましい（図示せず）。分割バーの先端部分には従来構造と同じくＵＰＥ樹脂の緩衝材を装着するのが望ましい。

サーボモーター等の加圧手段からの加圧力は、駆動連結部１１、連結部１６、及び分割バーを介してフォトマスクに加えられる。このとき、個々の調整ネジ１４を各々調整し、連結部１４から見た個々の分割バーの高さを変える（所謂、分割補正バーの押し込み量を変える。この様子を図１（ｃ）の左右の図に示した。）ことで、フォトマスクに与える加圧量を各分割バー毎に変えることが可能になる。

なお、分割バーが接触するフォトマスクの縁部は必ずしも長辺側である必要がないが、短辺側であるとより大きな荷重が必要になるため、長辺側で接触させるのが望ましい。さらに、フォトマスクに対応する基板の形状によっては４辺全部を本発明に係わる補正バーを用いて加圧することも可能である。

また、調整ネジ１４の下部、すなわち、調整ネジと分割バーとの間に、分割バーに加えられた荷重（圧力）を計測するため、圧力を電圧値や電流値などの電気信号に変換するロードセル１５を配設する。なお、ロードセル１５は、分割バーに埋設することでも構わない。荷重（圧力）に応じた電気信号をロードセル１５から取り出し、電気信号を荷重監視モニターに入力し観察する。

分割バー１２の数は、フォトマスクのサイズに依存するので、シミュレーション等を利用して予め決定しておくのが望ましい。本明細書では、６８０×９２０ｍｍのサイズのフォトマスクの撓み防止について９個の分割バーで一辺用の補正バーを形成し、加圧を行った結果を表１に示した。フォトマスクとしてのガラス基板は青板ガラスで厚さ８ｍｍである。フォトマスク中心部での被露光基板とのクリアランスが最小になるように荷重を加えたが、その際、１８箇所（2辺に用いる分割バーの合計数）の各々の分割バーに調整ネジにて過重の調整を行った。分割バーに加わる荷重はロードセルからの電気信号の出力数値をリファレンスの荷重と比較して算出し、マスクとワークとのクリアランスはレーザ変位測定装置を使用して評価した。

表中、下段の図は９分割された分割バーの位置と長さを示し、太線部分が荷重が加えられた分割バーである。分割バーの離間距離を大きくすると撓みは減少する傾向が見られた。また、分割しない従来型の撓み補正バーに較べて、少ない荷重で撓みの補正ができた。さらに、マスクコーナー部分に向けて荷重を段階的に増すようにすると、クリアランスが均一になる、すなわちフォトマスクとワークとの平行性が向上する傾向も見られた。

差動ネジは、ピッチの異なる外ネジと内ネジを螺合させたもので、ネジの回転量にあわせて微小な変位（本例では連結部１６から見た個々の分割バーの高さ）を調整できる。すなわち、２つの異なるネジピッチの組み合わせによりμｍ単位で、連結部１４から見た分割バーの高さを調整することが出来、これにより、フォトマスクに加える圧力を微調整することが可能になる。

なお、補正バーに加える圧力が小さければ、マイクロメーターなどの微調整手段を用いることが可能である。しかし、フォトマスクが大型化してきており、補正バーに加える圧力は１００Ｋｇを超えるようになってきている。そのため、マイクロメーターでは強度上問題が有る。一方、微調整手段を差動ネジとすれば、差動ネジは構造上強度があるため、加圧が大きくなっても問題は生じない。そのため、微調整手段として差動ネジを用いることは好ましい。

（ａ）従来型のＴ字型撓み補正バーの正面図である。（ｂ）本発明になる分割された撓み補正バーの正面図である。（ｃ）調整ネジとしての差動ネジで分割バーを締め付ける様子を説明する断面図である。左図が締め付けて押し込んだ場合で右図が緩めた場合である。 （ａ）フォトマスク縁部をＴ字型撓み補正バーで接圧する様子を断面から説明する図である。（ｂ）フォトマスク及び撓み補正バーを上部から見た配置を模式的に説明する図である。

符号の説明

１・・・フォトマスク
２・・・撓み補正バー
３・・・撓み補正バーの先端部分
４・・・支持部材
５・・・フォトマスク縁部
６・・・マスクステージ
７・・・露光チャック付ステージ
８・・・ワーク（被露光基板）
９・・・フォトマスクコーナー部
１０・・・サーボモーター
１１・・・駆動連結部
１２・・・分割バー
１３・・・撓み補正バー
１４・・・調整ネジ
１４’・・・差動ネジ
１５・・・ロードセル
１６・・・連結部

Claims (3)

1. 被露光基板を保持する露光チャックと、前記被露光基板と対向するようフォトマスクを保持させるマスクステージもしくはマスクホルダーとを備え、プロキシミティ露光方式にて前記フォトマスクを介して被露光基板に露光を行う露光装置において、
   自重によるフォトマスクの撓みを補正するため、前記フォトマスクの対向する２辺の縁部を上方から加圧して補正する撓み補正バーを具備し、
   前記撓み補正バーを、各々がフォトマスクに接触可能なように複数に分割し、前記分割された部位を各々、フォトマスク方向に個別に移動可能とした調整ネジを備えることで、各分割部位と接触するフォトマスク部位への加圧力を個別に変化させ、前記調整ネジと分割部位との間に、ロードセルを設けたことを特徴とする露光装置。
2. 前記調整ネジが差動ネジであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記フォトマスクと被露光基板のクリアランスを測定するためのセンサーを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
   

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