JP4978632B2

JP4978632B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP4978632B2
Application number: JP2009021809A
Authority: JP
Inventors: 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2009151324A

Description

本発明は、露光装置に関する。

カラーフィルター等の基板に対して露光する際に、基板表面に窒素を噴出して、当該表面を窒素でパージする技術が知られている。窒素でパージすることにより、酸素によるレジスト表面の反応阻害が防止され、露光時間が短縮される。

しかし、上述の技術では、さほど生産効率の向上が得られなかった。例えば、フォトマスクのずれ防止等の観点から窒素を噴出する圧力には制限があり、低圧で少しずつ酸素を窒素で置換する必要があった。このため、窒素パージには長い時間を要していた。従って、窒素パージを行うことにより露光時間が短縮されても、窒素パージに要する時間が付加されるため、基板に対する露光処理全体としの時間はさほど短縮されなかった。また、露光装置のチャンバー内全体を窒素置換する方法も考えられるが大量の窒素ガスが必要で現実的でなかった。

そこで、本発明は、基板表面を不活性ガスでパージして生産効率を向上させることができる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１の発明は、フォトマスク（６５）の上方からスリットの透過光を照射した状態で前記フォトマスクと基板（２００）とを同期走査して、前記フォトマスクのパターンを投影光学系（６６）を介して前記基板に露光する露光装置（６０）において、前記投影光学系により前記基板に投影される弧状の投影像（ｉ）の形状及び大きさに対応するように弧状に形成されたスリット状のノズル（７６）が設けられた板材（７０）と、前記ノズルの前記投影光学系側の開口を塞ぐようにして前記板材に設けられた透過性のフィルム（７３）と、前記ノズルを介して不活性ガスを供給するガス供給手段（６４）と、を備え、前記板材は、前記投影光学系からの光束が前記ノズルを通過するように前記投影光学系と前記基板との間に配置されていることにより、上述した課題を解決する。

ミラープロジェクション方式やレンズプロジェクション方式等の走査型の露光装置では、弧状や直線状の投影像が基板上で走査されて露光が行なわれる。請求項１の発明によれば、帯状の光学像がフィルムを透過して露光が行なわれる一方で、スリット状のノズルにより帯状の投影像に向けて不活性ガスが噴出される。従って、露光の進行と同時にパージが行なわれ、パージに要する時間が省略される。また、投影像にのみ不活性ガスが噴出されるから、チャンバー内全体を不活性ガスでパージする場合に比較して、パージに必要な不活性ガスが低減される。

請求項１の発明において、前記板材には、前記フィルムと前記基板との間の間隙を挟むように対向配置されて前記ノズルを形成する側壁（７１ａ、７２ｂ）と、前記側壁に開口するとともに前記ガス供給手段に接続された気体流路（７５）と、がそれぞれ設けられてもよい。

以上に説明したように、本発明の露光装置によれば、帯状の光学像がフィルムを透過して露光が行なわれる一方で、スリット状のノズルにより帯状の投影像に向けて不活性ガスが噴出される。従って、露光の進行と同時にパージが行なわれ、パージに要する時間が省略される。また、投影像にのみ不活性ガスが噴出されるから、チャンバー内全体を不活性ガスでパージする場合に比較して、パージに必要な不活性ガスが低減される。

本発明の参考例に係る露光装置の構成を示す側面図。図１の露光装置のステージ及びマスクホルダーを示す平面図。図１の露光装置のマスクホルダーの一部を示す断面図及び平面図。図１の露光装置の計測装置を示す側面図。図１の露光装置の制御装置が実行する露光処理の手順を示すフローチャート。図１の露光装置の制御装置が実行するギャップ調整処理の手順を示すフローチャート。図５の露光処理が実行されているときのステージ上の状態を示す側面図。本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示す側面図。図８の露光装置の窒素噴出部を示す断面図。

（参考例）
図１は、本発明の参考例に係る露光装置１の構成を示す側面図である。露光装置１は、カラーフィルタ用の基板１００に対してプロキシミティー方式の露光を行う装置として構成されている。

基板１００は、例えばガラス基板で構成され、ガラス基板の表面には顔料を分散した感光性樹脂やレジスト（ネガタイプのもの）が薄膜状に成膜されている。基板１００は、例えば厚さ１ｍｍ、面積４ｍ２に形成されている。１枚の基板１００からは、６枚のカラーフィルターが取り出される。このため、図２（ａ）にも示すように、基板１００上の６つの露光領域１００ａ…１００ａに対して露光装置１により露光が行われる。

図１の露光装置１は、基板１００を載置するステージ２と、ステージ２を水平方向に駆動する駆動装置３と、フォトマスク４を含む露光光学系５０と、フォトマスク４を保持するマスクホルダー５と、マスクホルダー５を上下方向に駆動する駆動装置６と、マスクホルダー５に給気を行うとともに、マスクホルダー５から排気を行う給排気装置７（ガス供給手段）と、マスクホルダー５に窒素を供給する窒素供給装置８（ガス供給手段）と、基板１００の表面の高さを計測するための計測装置９…９（特定手段）と、制御装置１０とを備えている。なお、露光装置１はこの他、フォトマスク４の上方から基板１００に向けて光束を照射する照明装置、ステージ２の水平方向の位置を測定するレーザー測長器等の種々の装置を備えているが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。

駆動装置３及び駆動装置６は例えば電動モータとして構成されている。給排気装置７は加圧、減圧ラインと圧力調整弁などで構成され、不図示の窒素タンクから所望の圧力で窒素を送り出すことが可能である。窒素供給装置８は例えば圧力調整弁を含んで構成され、不図示の加圧窒素タンクから所望の圧力で窒素を送り出すことが可能である。制御装置１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置を含んだコンピュータとして構成され、外部記憶装置に記録されているプログラム等に従って、駆動装置３、駆動装置６、給排気装置７、窒素供給装置８等の動作を制御する。

ステージ２の外周には、図２（ａ）にも示すように、基板１００の４辺（縁部）のうち、フォトマスク４下に移動する際に先頭となる１辺に亘って延びるとともに、ステージ２上に開口するスリット状のノズル３０が設けられている。また、図７（ａ）に示すように、ステージ２には、ノズル３０に沿って設けられ、ノズル３０に開口する気体流路３１が設けられている。気体流路３１は窒素供給措置８と接続されている。これによれば基板１００をフォトマスク４下に移動させる際に、基板１００の外周の雰囲気に含まれる酸素がフォトマスク４との摩擦抵抗でギャップ内に引き込まれるのを防止できる。

図２（ａ）に示すように、フォトマスク４は一つの露光領域１００ａを覆う大きさを有している。フォトマスク４の光学像は露光領域１００ａに投影される。図２（ｂ）に示すように、マスクホルダー５は枠状に形成され、フォトマスク４の外周側を保持している。マスクホルダー５は、内枠部５ａと、外枠部５ｂとを備えている。

図３（ａ）は内枠部５ａを示す断面図、図３（ｂ）は内枠部５ａを下方からみた平面図である。内枠部５ａは、下段部１１と、上段部１２とを備えている。

下段部１１は断面形状を逆Ｌ字型に形成され、フォトマスク４を囲むように設けられている。下段部１１は、フォトマスク４を保持するために吸着溝１８を備えている。吸着溝１８は下段部１１の水平部１１ａの下面内側に設けられている。吸着溝１８を介して不図示の真空ポンプによりフォトマスク４と水平部１１ａの下面との間のエア抜きを行うことにより、フォトマスク４は下段部１１に吸着固定される。

下段部１１は、下方に開口するノズル１３と、ノズル１３に開口する気体流路１４とを備えている。ノズル１３は、下段部１１の内壁１１ｃとフォトマスク４の側壁４ｂとの間に間隙が設けられることにより形成され、フォトマスク４を囲むスリット状のノズルとなっている。気体流路１４はノズル１３の外周に沿って設けられている。気体流路１４は全周に亘って連続してノズル１３に開口していてもよいし、間欠的にノズル１３に開口していてもよい。気体流路１４は給排気装置７と接続されている。また、ノズル１３の外周側（内壁１１ｃ）には下方に突出するエアダム１５が設けられている。エアダム１５はフォトマスク４の下面４ｄに比較して数十μｍ下方まで突出している。

上段部１２は断面形状を逆Ｌ字型に形成され、下段部１１を囲むように設けられている。上段部１２は、下方に開口するノズル１６と、ノズル１６に開口する気体流路１７とを備えている。ノズル１６は、上段部１２の内壁１２ａと下段部１１の外壁１１ｄとの間に間隙が設けられることにより形成され、下段部１１を囲むスリット状のノズルとなっている。ノズル１６の外周側（内壁１２ａ）の下端は、内周側（外壁１１ｄ）の下端よりも高くなっている。気体流路１７はノズル１６の外周に沿って設けられている。気体流路１７は全周に亘って連続してノズル１６に開口していてもよいし、間欠的にノズル１６に開口していてもよい。気体流路１７は窒素供給装置８と接続されている。

外枠部５ｂは、図２（ｂ）に示すように、保持具６ａ…６ａにより３点で保持されている。駆動装置６は保持具６ａ…６ａをそれぞれ独立して上下に駆動可能であり、マスクホルダー５の上下位置及び傾きを調整可能である。また、外枠部５ｂには計測装置９…９が設けられている。計測装置９…９の個数や取付位置は適宜に設定してよい。

図４に示すように、計測装置９は、発光部２１と、センサ２２とを備えている。発光部２１は、例えば発光ダイオードを含んで構成され、所定の角度で基板１００に向けて光を照射するように設定されている。センサ２２は、例えば半導体素子を含んで構成され、検出面２２ａにて光を受光すると、その受光位置に応じた信号を制御装置１０に出力する。発光部２１及びセンサ２２の位置は、例えば基板１００とフォトマスク４とをプロキシミティギャップを介して対向させたときに、基板１００に反射された発光部２１の光が検出面２２ａの中央に到達するように設定されている。従って、制御装置１０は、三角測量の原理により、センサ２２からの信号に基づいて基板１００の高さを特定可能である。

上記の構成を有する露光装置１の動作を以下に説明する。

図５は、制御装置１０の実行する露光処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば基板１００がステージ２に載置されたときに開始される。なお、基板１００は、ステージ２がフォトマスク４の外側にて待機しているときに、ステージ２に載置される。

制御装置１０は、基板１００がステージ２に載置されると、駆動装置３の動作を制御して、基板１００の先頭がフォトマスク４の下方に進入する直前までステージ２を移動させる（ステップＳ１）。図７（ａ）に示すように、基板１００の先頭がフォトマスク４の下方に進入する直前の位置になると、制御装置１０は給排気装置７及び窒素供給装置８を駆動して、ノズル１３、ノズル１６及びノズル３０からの窒素の噴出を開始する（ステップＳ２）。また、制御装置１０は、計測装置９…９からの信号に基づいて基板１００の表面の高さを特定する（ステップＳ３）。次に、その特定した高さに基づいて、フォトマスク４と基板１００との高さの差がプロキシミティギャップ（図１の符号Ｐを参照、例えば１００μｍ）になるように、駆動装置６の動作を制御してフォトマスク４を上下動させる（ステップＳ４）。

フォトマスク４と基板１００との高さの差がプロキシミティギャップに設定されると、制御装置１０は、ステージ２を最初の露光位置に移動させる（ステップＳ５）。この際、図７（ｂ）に示すように、基板１００が進入する位置（図においてフォトマスク４の右側）のノズル１３及び１６と、ノズル３０とから噴出されている窒素はフォトマスク４と基板１００との間の間隙を外部から遮断しつつ、圧力の低い方向へ流れる。噴出された圧力がいずれの方向に流れるかは、各ノズルからの噴出圧力、各ノズル間の距離、基板１００とフォトマスク４との間隙量等により定まるが、例えば、ノズル１３の圧力を他のノズルの圧力に比較して大きく設定したような場合には、図７（ｂ）に示すように、ノズル１３から噴出されている窒素は、矢印ｙ１で示すステージ２の移動に伴って、主としてフォトマスク４の下方に流れてフォトマスク４と基板１００との間の間隙を窒素で満たし、ノズル１６及びノズル３０から噴出されている窒素は、主として基板１００とフォトマスク４との間隙の外部へ向かって流れてフォトマスク４の周囲の酸素を排除する。そして、フォトマスク４の下方に露光領域１００ａが位置したときには、図７（ｃ）に示すように、フォトマスク４と基板１００との間の間隙は窒素で満たされる。

ステップＳ６では、制御装置１０は光源（不図示）を駆動してフォトマスク４と位置合せした露光領域１００ａに対して露光を行う。なお、制御装置１０は、露光の間にもノズル１３、ノズル１６及びノズル３０から適宜な圧力で窒素を噴出させている。ステップＳ７では、全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が終了したか否かを判定し、終了していないと判定した場合は、ステップＳ５及びＳ６を繰り返し、残りの露光領域１００ａ…１００ａに対して順次露光を行う。なお、フォトマスク４と残りの露光領域１００ａ…１００ａとを位置合わせするようにステージ２を移動させる際にも、図７（ｂ）と同様に、次の露光領域１００ａが進入する位置のノズル１３から噴出された窒素がステージ２の移動に伴いフォトマスク４の下方に流れる。ステップＳ７にて全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が終了したと判定した場合は、ノズル１３、ノズル１６及びノズル３０からの窒素の噴出を酸素が逆流してノズルに侵入しない程度の流量にして、処理を終了する。

図６は、制御装置１０が実行するギャップ調整処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ステージ２をフォトマスク４下で移動させている間（図５のステップＳ５）、所定の周期（例えば０．１秒）で繰り返し実行される。

ステップＳ１１では、制御装置１０は、計測装置９…９からの信号に基づいて基板１００の表面の高さを特定する。次に、特定した高さに基づいて、フォトマスク４と基板１００との間の隙間量がプロキシミティギャップに維持されるように、駆動装置６の動作を制御してフォトマスク４を上下動させる（ステップＳ１２）。ステップＳ１１及びステップＳ１２は繰り返し実行され、クローズドループ制御が実行される。

ステップＳ５及びＳ６において、制御装置１０は、フォトマスク４と基板１００との間の間隙の圧力がフォトマスク４の撓み変形を矯正可能な静圧になるように、給排気装置７を制御してノズル１３から窒素を噴出し、また、必要に応じてノズル１３を介して間隙の排気を行う。例えば、制御装置１０は、フォトマスク４と基板１００との間の間隙の圧力が以下の式に示す圧力になるように給排気装置７を制御する。

上式では、フォトマスク４の材質比重（比重量）ρにフォトマスク４の厚さｔを乗算してフォトマスク４の単位面積あたりの重さを求め、そのフォトマスク４の単位面積あたりの重さと大気圧とを足し合わせた圧力を間隙の圧力の適正値としている。適正値において、間隙の気体がフォトマスク４を押し上げる力は、大気圧とフォトマスク４の重さによりフォトマスク４に対して下方へ働く力と同じになる。従って、フォトマスク４に働く力がキャンセルされて、自重による撓み変形が適切に矯正される。間隙の圧力が上式の適正値以下であると、フォトマスク４の変形を十分に矯正することができず、以上となると、間隙の圧力が増大しすぎてマスクが凸状に変形する。なお、フォトマスク４の平坦度が重力ベンドを矯正しても凸又は凹である事が判れば間隙の圧力を更に補正して精度を向上できる。

基板１００とフォトマスク４との間隙の圧力を上式の圧力に保つには、制御装置１０は種々の制御を給排気装置７に対して行ってよい。例えば上式の圧力でノズル１３から窒素を送り込むように給排気装置７の動作を制御してもよい。間隙の圧力をモニタするとともに、そのモニタ結果に基づいて給排気装置７に対してフィードバック制御を行うことにより、間隙の圧力を上式の圧力に保ってもよい。間隙の圧力が上式の圧力に迅速に収束する給排気装置７の動作のパターンを実験等により予め求めておき、その動作を行うように給排気装置７を制御してもよい。なお、フォトマスク４と基板１００との間隙の上部はエアダム１５に囲まれているから、間隙に気体が保持されやすい。従って、間隙の圧力を一定に保つことが容易である。

ノズル１６及びノズル３０からの噴出圧力は適宜に設定してよい。ただし、ノズル１３を介した給排気によるフォトマスク４の撓みの矯正に影響を及ぼさない圧力でしかも表面の酸素を窒素で置換できる流量にすることが望ましい。なお、ノズル１６の外周側（内壁１２ａ）の下端は、内周側（外壁１１ｄ）の下端よりも高くなっているから、比較的高い圧力で窒素を噴出しても窒素は外周側に流れ、撓み矯正に及ぼす影響は小さくなる。

（実施形態）
図８は、本発明の実施形態に係る露光装置６０を示す図である。露光装置６０は、カラーフィルター用の基板２００に対して弧状の投影像を走査して露光する投影露光装置として構成されている。

基板２００は、基板１００と同様に、例えばガラス基板で構成され、ガラス基板の表面には顔料を分散した感光性樹脂やレジスト（ネガタイプのもの）が薄膜状に成膜されている。

露光装置６０は、基板２００を載置するステージ６１と、ステージ６１を水平方向に駆動する駆動装置６２と、基板２００上に配置された窒素噴出部６３と、窒素噴出部６３に窒素を供給する窒素供給装置６４と、フォトマスク６５及び投影光学系６６を含む露光光学系６７と、フォトマスク６５を水平方向に駆動する駆動装置６８と、制御装置６９とを備えている。なお、露光装置６０はこの他、フォトマスク６５の上方からスリットの透過光を照射する照明装置、ステージ６１の水平方向の位置を測定するレーザー測長器等の種々の装置を備えているが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。

駆動装置６２及び駆動装置６８は、例えば電動モータを含んで構成され、光束Ｌの弧状の投影像が基板２００又はフォトマスク６５全体に走査されるように、ステージ６１又はフォトマスク６５を図８の左右方向に駆動可能である。窒素供給装置６４、制御装置６９の構成は、参考例に係る窒素供給装置８、制御装置１０と略同様の構成である。投影光学系６６は、例えば、台形の反射鏡、凸面鏡、凹面鏡を組み合わせたミラープロジェクション方式の光学系でもよいし、複数のレンズ群を含んだレンズプロジェクション方式の光学系でもよい。

窒素噴出部６３は、弧状の孔部を有する板材７０と、板材７０の上面に張られたペリクル７３とを備えている。板材７０は、外形が弧状に形成され、弧状に延びる枠部７１、７２と、その両端を塞ぐ端部７４、７４とを有している。図９にも示すように、枠部７２は、枠部７２に沿って延びる気体流路７５を備えている。気体流路７５は、枠部７２の側壁７２ａに開口するとともに、窒素供給装置６４と接続されている。枠部７１及び枠部７２の互いに対向する側壁７１ａ及び７２ａは、基板２００上に開口するスリット状のノズル７６を形成している。ペリクル７３は透過性を有するフィルムであり、例えばセルロースを用いて形成してもよい。窒素噴出部６３は、投影光学系６６からの光束Ｌがノズル７６を通過するように配置されている。

上記の構成を有する露光装置６０の動作を説明する。

基板２００がステージ６１上に載置されると、制御装置６９は、窒素噴出部６３を介して基板２００上に窒素を噴出するように、窒素供給装置６４を駆動する。次に、不図示の光源を駆動してフォトマスク６５に光束Ｌを照射するとともに、フォトマスク６５と基板２００とを投影光学系６６に対して同期走査させるように、駆動装置６２及び６８の動作を制御する。これにより、図９に示すように、線状の投影像ｉにより基板２００に対して逐次露光が行なわれつつ、基板２００の投影像ｉには常に窒素が噴出されてレジストの反応阻害が防止される。

１、６０露光装置
３、６、６２、６８駆動装置
４、６５フォトマスク
７給排気装置
８、６４窒素供給装置
９計測装置
１０、６９制御装置
１３、１６、３０、７６ノズル
６６投影光学系
１００、２００基板

Claims

フォトマスクの上方からスリットの透過光を照射した状態で前記フォトマスクと基板とを同期走査して、前記フォトマスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に露光する露光装置において、
前記投影光学系により前記基板に投影される弧状の投影像の形状及び大きさに対応するように弧状に形成されたスリット状のノズルが設けられた板材と、前記ノズルの前記投影光学系側の開口を塞ぐようにして前記板材に設けられた透過性のフィルムと、前記ノズルを介して不活性ガスを供給するガス供給手段と、を備え、
前記板材は、前記投影光学系からの光束が前記ノズルを通過するように前記投影光学系と前記基板との間に配置されていることを特徴とする露光装置。
前記板材には、前記フィルムと前記基板との間の間隙を挟むように対向配置されて前記ノズルを形成する側壁と、前記側壁に開口するとともに前記ガス供給手段に接続された気体流路と、がそれぞれ設けられている請求項１に記載の露光装置。