JP6024016B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置に関し、より詳細には、コンタクト方式とプロキシミティ方式の両方の露光方法で使用可能な露光装置に関する。

従来、液晶ディスプレイパネルのカラーフィルタや半導体ウェハを製造する露光装置では、パターンが形成されているマスクと基板の主表面とを相対的に接近させ、基板の主表面にパターンを露光する。例えば、このような露光装置としては、基板とマスクとを密着させるようにするコンタクト方式による装置や、基板とマスクとの間に数１０μｍのギャップを形成してマスクと基板とを配置するようにしたプロキシミティ方式による装置等がある。

ところで、基板に対してこのような露光装置を使用すると、基板に対して使用していた場合では予期できない問題が発生する場合があった。すなわち、上記コンタクト方式を使用した場合、基板とマスクとが接触する際に、該基板が割れる場合がある。一方、プロキシミティ方式による露光装置であっても、基板とマスクとが接触する場合があり、上記コンタクト方式の場合と同様に基板の割れが発生する。

即ち、マスクと基板とを相対的に接近させると、マスクと基板が接触しても、これらをさらに接近させようとする押圧力が基板のマスクと接触している部分に集中してかかるために、応力が集中し、基板が割れてしまう。

また、従来の露光装置としては、半導体ウェハとマスクとが接触した際に、マスクによる半導体ウェハへの押圧力を緩衝するための緩衝機構を備えたものが考案されている（例えば、特許文献１参照。）

特開２００２−２９９２０８号公報

特許文献１に記載の露光装置では、基板をステッピングモータにより駆動する、コンタクト方式の露光装置についての記載であり、プロキシミティ方式との兼用については考慮されていない。

本発明の課題は、基板にカラーフィルタや光配向膜を製造するリソグラフィ工程において使用される、コンタクト方式とプロキシミティ方式の両方の露光方法で使用可能な露光装置であって、マスクと基板との間の押圧力の発生を防止または低減して、基板の割れを防止あるいは抑制することができる露光装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） パターンが形成されているマスクを保持するためのマスクホルダと、該マスクホルダが固定されるマスクステージと、該マスクステージを上下方向に駆動するマスク上下駆動機構と、基板を保持するための基板ステージと、該基板ステージを上下方向に駆動する基板上下駆動機構と、前記マスクを介して前記基板に露光光を照射する照明光学系と、を備え、前記マスクと前記基板の主表面とを相対的に接近させて、前記パターンを前記基板の主表面に転写するために使用される、プロキシミティ方式とコンタクト方式の両方で露光可能な露光装置であって、
前記マスクホルダと前記基板ステージの一方には、前記マスク又は前記基板の周囲に配置され、自身の長さを調整可能な複数のギャップ規制機構が設けられ、
前記ギャップ規制機構は、モータとボールねじの組み合わせ、又は、シリンダとピストンを備え、
前記ギャップ規制機構は、前記マスクと前記基板との間のギャップが所望のギャップとなったときに、前記マスクホルダと前記基板ステージの他方と当接することを特徴とする露光装置。
なお、ここでいう、所望のギャップとは、コンタクト方式においては、０を意味している。
（２） 前記マスクステージとマスク側基体との間と、前記基板ステージと基板側基体との間の少なくとも一方に配置され、前記マスクと前記基板とが接触したときに生じる押圧力を緩衝又は回避するための割れ防止機構を備えたことを特徴とする（１）に記載の露光装置。
（３） 前記割れ防止機構は、弾性変形に基づいて前記押圧力を緩衝する緩衝部材を有することを特徴とする（２）に記載の露光装置。
（４） 前記緩衝部材はバネであることを特徴とする（３）に記載の露光装置。

本発明の露光装置によれば、マスクホルダと基板ステージの一方には、マスク又は基板の周囲に配置され、自身の長さを調整可能な複数のギャップ規制機構が設けられ、ギャップ規制機構は、モータとボールねじの組み合わせ、又は、シリンダとピストンを備え、ギャップ規制機構は、マスクと基板との間のギャップが所望のギャップとなったときに、マスクホルダと基板ステージの他方と当接する。従って、コンタクト方式とプロキシミティ方式との兼用化が可能な露光装置において、マスクと基板とを相対的に接近させ、マスクと基板との間のギャップが所望のギャップとなったときに、ギャップ規制機構は、マスクホルダと基板ステージの他方と当接するので、マスクと基板との間の押圧力の発生を防止または低減して、基板の割れを防止あるいは抑制することができる。

本発明の露光装置の概略図。 本発明の露光装置をコンタクト方式で使用する際のギャップ規制機構の状態を示す概略図。 本発明の露光装置をプロキシミティ方式で使用する際のギャップ規制機構の状態を示す概略図。 本発明の露光装置の変形例を示す部分概略図。

以下、本発明の一実施形態に係る露光装置について添付の図面を用いて説明する。
図１に示す本実施形態の露光装置１００は、基板Ｗの主表面Ｗ１上にパターンを形成するリソグラフィ工程において、マスクＭと基板Ｗを密着するように配置するコンタクト方式、あるいは、例えば基板ＷとマスクＭとの間に１０μｍ〜３０μｍのギャップがあくように配置するプロキシミティ方式のいずれの露光方法でも使用可能に構成される。

露光装置１００は、パターンが形成されているマスクを保持するためのマスクホルダ１１と、マスクホルダ１１が固定されるマスクステージ１３と、マスクステージ１３をマスク側基体１４に対して上下方向に駆動し、基板ＷとマスクＭとを接近・離間させるマスク上下駆動機構１７と、基板Ｗを保持するための基板ステージ１２と、基板ステージ１２を基板側基体４０に対して上下方向に駆動し、基板ＷとマスクＭとを接近・離間させる基板上下駆動機構４１と、マスクＭを介して基板Ｗに露光光を照射する照明光学系４２と、を備えている。

マスク上下駆動機構１７は、モータとボールねじの組合せ、リニアモータ、或いは、シリンダーを少なくとも一つ備えるものであればよい。また、基板上下駆動機構４１も、モータとボールねじの組合せ、或いは、リニアモータを少なくとも一つ備えるものであればよい。また、マスク上下駆動機構１７または基板上下駆動機構４１を複数備えることで、マスクＭまたは基板Ｗの傾き（チルト）を調整することができる。

マスクホルダ１１には、マスクホルダ１１を支持する支柱３０が設けられており、支柱３０は、マスクステージ１３に形成された通し穴２７を介して、マスク上下駆動機構１７が設けられるマスク側基体１４に移動可能に支持されている。

また、マスク上下駆動機構１７が設けられるマスク側基体１４には、複数のアライメントカメラ１８が設けられている。

さらに、マスクホルダ１１には、マスクＭの周囲に配置され、自身の長さを調整可能なギャップ規制機構として、複数（本実施形態では、４つ）のギャップ用アクチュエータ１９が設けられている。ギャップ用アクチュエータ１９としては、例えば、モータとボールねじの組み合わせや、シリンダとピストンなどで構成される。ギャップ用アクチュエータ１９の先端部には、基板ステージ１２と当接可能な当接部１９ａを有する。

図２に示すように、露光装置１００をコンタクト方式で使用する場合、マスクホルダ１１に配置されたギャップ用アクチュエータ１９は、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップが０となったときに、基板ステージ１２と当接するように、自身の長さを予め調節している。

これにより、マスクＭと基板Ｗとを相対的に接近させ、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップが０となったときに、ギャップ用アクチュエータ１９は、基板ステージ１２と当接するので、マスクＭと基板Ｗとの間の押圧力の発生を防止または低減して、基板Ｗの割れを防止あるいは抑制することができる。

また、図３に示すように、露光装置１００をプロキシミティ方式で使用する場合、マスクホルダ１１に配置されたギャップ用アクチュエータ１９は、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップが所望のギャップｇとなったときに、基板ステージ１２と当接するように、自身の長さを予め調節している。

これにより、マスクＭと基板Ｗとを相対的に接近させ、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップが所望のギャップｇとなったときに、ギャップ用アクチュエータ１９は、基板ステージ１２と当接するので、マスクＭと基板Ｗとの間の押圧力の発生を防止または低減して、基板Ｗの割れを防止あるいは抑制することができる。即ち、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップが所望のギャップｇとなった場合でも、例えば、マスクＭの撓みなどにより、マスクＭと基板Ｗとが接触する可能性があるが、その場合でも、ギャップ用アクチュエータ１９の作用によって、マスクＭと基板Ｗとの間の押圧力を低減することができる。

加えて、露光装置１００には、基板ＷとマスクＭとが接触するときに発生するマスクＭによる基板Ｗへの押圧力を緩衝又は回避するために、割れ防止機構が設けられている。具体的には、図２に示すように、支柱３０の周囲で、マスクステージ１３とマスク上下駆動機構１７との間に、自身の弾性変形に基づいて基板Ｗへの押圧力を緩衝する緩衝部材としてのコイル状のコイルバネ２５が設けられている。

この割れ防止機構により、基板Ｗの主表面Ｗ１にかかる押圧力が低減されることになり、コンタクト方式とプロキシミティ方式との兼用化が可能な露光装置１００においても、基板Ｗの割れをさらに防止あるいは抑制することができる。

バネ２５は、バネとしての特性を有していれば、どのような形状のものでもよく、例えば板・コイルなどの形状のものを使用することができる。バネはその材質あるいは形状を変化させる事により、弾性変形に基づく弾性力の大きさを様々に変化させる事が容易である。使用されるバネのバネ定数は、基板の厚さのばらつきなどを考慮しつつ、バネの弾性変形に基づく弾性力が、基板の割れを誘発しない程度に小さくなるように設定する。
なお、緩衝部材は、バネの代わりに弾性ゴム等を使用することもできる。

従って、マスクＭと基板Ｗとを接近させ、マスクＭの撓みなどにより、マスクＭと基板Ｗとが接触した場合でも、バネ２５が弾性変形し、その形状を縮めることによって、マスクＭによる基板Ｗへの押圧力が緩衝されるようになっている。これにより、基板Ｗの割れ及び破壊が抑制されることになる。特に、マスクステージ１３と装置本体１４とが割れ防止機構をなすバネ２５により連結されているので、マスクステージ１３ひいてはそれに固定されているマスクＭは、基板Ｗの厚さ（凹凸）に応じて適度に変位することが可能である。その結果、基板ＷとマスクＭとが広範囲で接触するようになり、押圧力が一点から分割されて広い範囲に働くため、ある特定部分への応力の集中が緩和され基板Ｗの割れ及び破壊等が防止できる。

なお、本実施の形態においては、露光装置１００の割れ防止機構として、緩衝部材を使用する場合を記載したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、エアーあるいは油圧の非圧縮性流体によるダンパー等によって割れ防止機構を構成してもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良などが可能である。
上記実施形態では、ギャップ規制機構としてのギャップ用アクチュエータ１９は、マスクホルダ１１においてマスクＭの周囲に配置されているが、基板ステージ１２において基板Ｗの周囲に配置されてもよい。この場合、基板ステージ１２に配置されたギャップ用アクチュエータ１９は、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップが所望のギャップとなったときに、マスクホルダ１１と当接する。

また、本発明としての割れ防止機構は、マスクステージ１３とマスク側基体１４との間に配置されているが、基板ステージ１２と基板側基体４０との間に配置されてもよく、また、マスクステージ１３とマスク側基体１４との間と、基板ステージ１２と基板側基体４０との間の少なくとも一方に配置されてもよい。
例えば、図４に示すように、割れ防止機構は、基板ステージ１２と基板側基体４０との間に、バネ２５や板バネ２６などの緩衝部材を有するものであってもよく、また、バネ２５や板バネ２６の代わりに、非圧縮性流体によるダンパーによって構成されてもよい。

さらに、本発明では、マスクホルダは、マスクの上方を密閉空間として、マスクの撓みを除去するように真空吸引するように構成することで、基板の割れをさらに確実に防止することができる。

１００ 露光装置
Ｍ マスク
Ｗ 基板
Ｗ１ 基板の主表面
１１ マスクホルダ
１２ 基板ステージ
１３ マスクステージ
１４ 装置本体
１７ マスク上下駆動機構
１９ ギャップ用アクチュエータ（ギャップ規制機構）
２５ バネ（緩衝部材、割れ防止機構）
２７ 通し穴
３０ 支柱
４１ 基板上下駆動機構
４２ 照明光学系

Claims (4)

1. パターンが形成されているマスクを保持するためのマスクホルダと、該マスクホルダが固定されるマスクステージと、該マスクステージを上下方向に駆動するマスク上下駆動機構と、基板を保持するための基板ステージと、該基板ステージを上下方向に駆動する基板上下駆動機構と、前記マスクを介して前記基板に露光光を照射する照明光学系と、を備え、前記マスクと前記基板の主表面とを相対的に接近させて、前記パターンを前記基板の主表面に転写するために使用される、プロキシミティ方式とコンタクト方式の両方で露光可能な露光装置であって、
   前記マスクホルダと前記基板ステージの一方には、前記マスク又は前記基板の周囲に配置され、自身の長さを調整可能な複数のギャップ規制機構が設けられ、
   前記ギャップ規制機構は、モータとボールねじの組み合わせ、又は、シリンダとピストンを備え、
   前記ギャップ規制機構は、前記マスクと前記基板との間のギャップが所望のギャップとなったときに、前記マスクホルダと前記基板ステージの他方と当接することを特徴とする露光装置。
2. 前記マスクステージとマスク側基体との間と、前記基板ステージと基板側基体との間の少なくとも一方に配置され、前記マスクと前記基板とが接触したときに生じる押圧力を緩衝又は回避するための割れ防止機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記割れ防止機構は、弾性変形に基づいて前記押圧力を緩衝する緩衝部材を有することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記緩衝部材はバネであることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。

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