JP2008310249A - 近接スキャン露光装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浮上ユニットによって浮上・支持される基板の浮上量を精度よく制御して、露光精度を向上させることができる近接スキャン露光装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】近接スキャン露光装置１は、基板Ｗを浮上・支持する浮上ユニット１６及び基板駆動ユニット１７を備える基板搬送機構１０と、マスクＭを保持するマスク保持部１１と、基板Ｗの浮上量を検出する基板ギャップセンサ６０とを備え、基板ギャップセンサ６０によって検出された基板Ｗの浮上量と目標浮上量との差に基づいて制御部１５が浮上ユニット１６のエア流量及びエア圧力を調節し、基板Ｗの浮上量を精度よく制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接スキャン露光装置及びその制御方法に関し、より詳細には、浮上ユニットによって浮上・保持される基板の浮上量が目標浮上量となるように制御しながら露光する近接スキャン露光装置及びその制御方法に関する。

従来、大型の薄形テレビ等に用いられる液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイの製造方法として、基板を搬送しながら、基板上にマスクのパターンを露光転写するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の露光装置では、基板の下側で、排気孔から気体を噴出及び吸気孔から噴出気体を吸引する吸排気エアパッド上で基板を浮上させ、この基板の一端を把持する基板駆動ユニットによって基板を一定方向に搬送しながら、露光する。
特開２００７−７２２６７号公報

ところで、基板と吸排気エアパッド間の距離が大きく変化すると、露光時に吸排気エアパッドからの反射光量がばらついて、露光むらや解像度低下等、露光精度が低下する。特許文献１に記載の露光装置は、空気等の気体によって吸排気エアパッド上で浮上する基板の側縁部を、一対のグリップを有する基板把持部で把持して所定の方向に搬送する。吸排気エアパッド上での基板の浮上量は、気体供給装置と気体吸引装置の動作を制御して排気孔からの気体の噴出圧と吸気孔からの吸気圧の調節により行われている。しかし、基板の浮上量を所定の浮上量に維持するための具体的制御方法については記載されていない。

また、基板の浮上量を制御するだけでは、基板の板厚にばらつきがある場合、これに対応することができず、マスクと基板上面とのギャップが変動して露光精度に悪影響を及ぼす問題があった。特に、全ての吸排気エアパッドの吸気孔が単一の吸気圧に、全ての吸排気エアパッドの排気孔が単一の排気圧に調節されているため、単一基板内での板厚にばらつきがある場合にも対応できないという問題がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、浮上ユニットによって浮上する基板の浮上量を精度よく制御して、露光精度を向上させることができる近接スキャン露光装置及びその制御方法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） 基板を浮上させて支持する浮上ユニット、及び該基板を把持しながら所定方向に搬送する基板駆動ユニットを備える基板搬送機構と、マスクを保持するマスク保持部と、前記基板搬送機構に搬送される前記基板の浮上量を検出するセンサと、を備え、前記マスクに近接しながら所定方向に搬送される基板に対して前記マスクを介して露光用光を照射し、前記基板に前記マスクのパターンを露光する近接スキャン露光装置の制御方法であって、
前記センサによって前記基板の浮上量を検出する工程と、
前記検出された基板の浮上量と目標浮上量との差が許容値を越えている時、前記浮上ユニットのエア流量とエア圧力の少なくとも一方を制御する工程と、
を備えることを特徴とする近接スキャン露光装置の制御方法。
（２） 前記センサによって前記基板の板厚を検出する工程と、
前記基板の浮上量と前記検出された基板の板厚に基づいて、前記基板と前記マスクとのギャップを補正するように、前記マスク保持部を移動するためのマスク駆動部を駆動する工程と、
を備えることを特徴とする（１）に記載の近接スキャン露光装置の制御方法。
（３） マスクに近接しながら所定方向に搬送される基板に対して前記マスクを介して露光用光を照射し、前記基板に前記マスクのパターンを露光する近接スキャン露光装置であって、
前記基板を浮上させて支持する浮上ユニット、及び該基板を把持しながら所定方向に搬送する基板駆動ユニットを備える基板搬送機構と、
前記マスクを保持するマスク保持部と、
前記基板搬送機構に搬送される前記基板の浮上量を検出するセンサと、
前記センサによって前記基板の浮上量を検出し、前記検出された基板の浮上量と目標浮上量との差が許容値を越えている時、前記浮上ユニットのエア流量とエア圧力の少なくとも一方を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする近接スキャン露光装置。

本発明の近接スキャン露光装置及びその制御方法によれば、基板搬送機構によって搬送されると共に、浮上ユニット上で浮上されて支持される基板の浮上量をセンサで検出し、検出された基板の浮上量と目標浮上量との差が許容値を越えている時、浮上ユニットのエア流量とエア圧力の少なくとも一方を制御するようにした。これにより、基板の浮上量を目標浮上量の許容値内に基板を精度よく支持することができ、露光精度の向上を図ることができる。

また、センサによって基板の板厚を検出し、基板の浮上量と基板の板厚に基づいて、マスク保持部を移動するためのマスク駆動部を駆動して、基板とマスクとのギャップを補正するようにしたので、基板の板厚が変動した場合にも、変動を吸収して精度の高い露光を行うことができる。

以下、本発明に係る近接スキャン露光装置及びその制御方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、本実施形態の近接スキャン露光装置１の構成について概略説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の近接スキャン露光装置１は、基板（カラーフィルタ基板）Ｗを浮上させて支持すると共に、所定方向（図１のＸ方向）に搬送する基板搬送機構１０と、複数のマスクＭをそれぞれ保持し、所定方向と交差する方向（図１のＹ方向）に沿って千鳥状に二列配置された複数（図１に示す実施形態において、左右それぞれ６個）のマスク保持部１１と、マスク保持部１１を移動するためのマスク駆動部１２と、複数のマスク保持部１１の上部にそれぞれ配置されて露光用光を照射する複数の照射部１４と、近接スキャン露光装置１の各作動部分の動きを制御する制御部１５と、を主に備える。

基板搬送機構１０は、基板ＷをＸ方向に搬送する領域、即ち、複数のマスク保持部１１の下方領域、及びその下方領域からＸ方向両側に亘る領域に設けられた浮上ユニット１６と、基板ＷのＹ方向一側（図１において上辺）を保持してＸ方向に搬送する基板駆動ユニット１７とを備える。浮上ユニット１６は、複数のフレーム１９上にそれぞれ設けられた複数の排気エアパッド２０及び吸排気エアパッド２１を備え、ポンプ４５，５５やソレノイドバルブ４４，５４を介して排気エアパッド２０や吸排気エアパッド２１からエアを排気或いは、吸排気する。基板駆動ユニット１７は、図１に示すように、浮上ユニット１６によって浮上、支持された基板Ｗの一端を保持する吸着パッド２２を備え、モータ２３、ボールねじ２４、及びナット（図示せず）からなるボールねじ機構２５によって、ガイドレール２６に沿って基板ＷをＸ方向に搬送する。なお、図２に示すように、複数のフレーム１９は、地面にレベルブロック１８を介して設置された装置ベース２７上に他のレベルブロック２８を介して配置されている。また、基板Ｗは、ボールねじ機構２５の代わりに、リニアサーボアクチュエータによって搬送されてもよい。

マスク駆動部１２は、フレーム（図示せず）に取り付けられ、マスク保持部１１をＸ方向に沿って駆動するＸ方向駆動部３１と、Ｘ方向駆動部３１の先端に取り付けられ、マスク保持部１１をＹ方向に沿って駆動するＹ方向駆動部３２と、Ｙ方向駆動部３２の先端に取り付けられ、マスク保持部１１をθ方向（Ｘ，Ｙ方向からなる水平面の法線回り）に回転駆動するθ方向駆動部３３と、θ方向駆動部３３の先端に取り付けられ、マスク保持部１１をＺ方向（Ｘ，Ｙ方向からなる水平面の鉛直方向）に駆動するＺ方向駆動部３４と、を有する。これにより、Ｚ方向駆動部３４の先端に取り付けられたマスク保持部１１は、マスク駆動部１２によってＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向に移動可能である。なお、Ｘ，Ｙ，θ，Ｚ方向駆動部３１，３２，３３，３４の配置の順序は、適宜変更可能である。

また、図１に示すように、千鳥状に二列配置された搬入側及び搬出側マスク保持部１１ａ，１１ｂ間には、各マスク保持部１１ａ，１１ｂのマスクＭを同時に交換可能なマスクチェンジャー２が配設されている。マスクチェンジャー２により搬送される使用済み或いは未使用のマスクＭは、マスクストッカ３，４との間でローダー５により受け渡しが行われる。なお、マスクストッカ３，４とマスクチェンジャー２とで受け渡しが行われる間にマスクプリアライメント機構（図示せず）によってマスクＭのプリアライメントが行われる。

図２に示すように、マスク保持部１１の上部に配置される照射部１４は、光源６、ミラー７、オプチカルインテグレータ（図示せず）、シャッター（図示せず）等を備える。光源６としては、紫外線を含んだ露光用光ＥＬを放射する、例えば超高圧水銀ランプ、キセノンランプ又は紫外線発光レーザが使用される。

このような近接スキャン露光装置１は、浮上ユニット１６の排気エアパッド２０及び吸排気エアパッド２１の空気流によって基板Ｗを浮上させて保持し、基板Ｗの一端を基板駆動ユニット１７で吸着してＸ方向に搬送する。そして、マスク保持部１１の下方に位置する基板Ｗに対して、照射部１４からの露光用光ＥＬがマスクＭを介して照射され、マスクＭのパターンを基板Ｗに塗布されたカラーレジストに転写する。

ここで、図３に示すように、浮上ユニット１６のうち、吸排気エアパッド２１は、搬送される基板Ｗと対向する上面に複数の開口を有すると共に、互いに連通する排気孔４１と、同じく、搬送される基板Ｗと対向する上面に複数の開口を有すると共に、互いに連通する吸気孔５１と、を備える。

排気孔４１は、エア圧力及びエア流量を調整すべく開度調節可能な正圧制御弁４４と、正圧ポンプ４５とに接続されており、吸排気エアパッド２１と正圧制御弁４４との間には、排気孔４１に供給される圧縮空気のエア圧力を検出する圧力センサ４２と、排気孔４１に供給される圧縮空気のエア流量を検出する流量センサ４３とが配置されている。吸気孔５１は、エア圧力及びエア流量を調整すべく開度調節可能な真空圧制御弁５４と、真空圧ポンプ５５とに接続されており、吸排気エアパッド２１と真空圧制御弁５４との間には、吸気孔５１から吸引されるエア圧力を検出する圧力センサ５２と、吸気孔５１から吸引されるエア流量を検出する流量センサ５３とが配置されている。なお、正圧ポンプ４５及び真空圧ポンプ５５は、吸排気エアパッド２１毎に設けずに、単一の正圧ポンプ４５及び単一の真空圧ポンプ５５を共有してもよく、或いは、吸排気エアパッド２１をグループ化して、グループ毎に設けても良い。

また、図１及び図４に示すように、マスク保持部１１より基板搬入側で、搬送される基板Ｗの下方には、基板ギャップセンサ６０がＹ方向に沿って複数配置されており、また、各マスク保持部１１の上方には、マスクギャップセンサ６１がそれぞれ配置されている。

基板ギャップセンサ６０は、搬送される基板Ｗの下面Ｗｂ及び上面Ｗａの位置を検出するためのものであり、例えば、光を照射して基板Ｗの下面Ｗｂ及び上面Ｗａから反射する反射光を検出する光学センサである。基板ギャップセンサ６０は、フレーム１９に固定されているので、基板Ｗの下面Ｗｂの位置を検出することによって浮上ユニット１６と基板ＷとのギャップＧ１、即ち基板Ｗの浮上量を検出する。また、基板Ｗの下面Ｗｂの位置と上面Ｗａの位置との差から、基板Ｗの厚さｔが求められる。

マスクギャップセンサ６１は、基板ギャップセンサ６０と同様に、例えば、照射した光の反射光を検出する光学センサであり、マスク保持部１１によって保持されたマスクＭの上面Ｍａの位置と下面Ｍｂの位置、及び基板Ｗの上面Ｗａの位置を、マスクＭの非露光領域にて検出する。また、検出されたマスクＭの下面ＭＳの位置及び基板Ｗの上面Ｗａの位置から、マスクＭと基板ＷとのギャップＧ２が求められる。

従って、制御部１５は、基板ギャップセンサ６０によって検出される基板Ｗと浮上ユニット１６間の浮上量Ｇ１に基づいて、基板Ｗの浮上量Ｇ１が目標浮上量となるように、圧力センサ４２、５２及び流量センサ４３、５３によって排気及び吸気される空気のエア圧力及びエア流量を検出しながら、所定のエア圧力及びエア流量となるようにソレノイドバルブを電気信号により開閉制御する。これにより、基板Ｗと浮上ユニット１６との間の流体圧バランスが調整され、基板Ｗの浮上量が目標浮上量となるように制御する。

以下、基板Ｗの浮上量の具体的な制御について、図５〜図９を参照して説明する。まず、マスク保持部１１より搬入側で、排気エアパッド２０によって浮上・支持された基板Ｗが基板駆動ユニット１７によってマスク保持部１１に向けて搬送される。そして、マスク保持部１１より搬入側の吸排気エアパッド２１上で、排気孔４１及び吸気孔５１によって吸排気を行うことで、基板Ｗと浮上ユニット１６との間の流体圧バランスを調整して基板Ｗを浮上させる。

尚、吸排気エアパッド２１の排気孔４１及び吸気孔５１のエア圧力、エア流量は、予め実際の基板Ｗを用いて実測により求められた、図９に示す、基板浮上量とエア圧力、エア流量との浮上特性データから、目標とする浮上量に相当するエア圧力、エア流量とされる。この浮上特性データは、実測により求められるので、計算では算出できない、配管の引き回しによる抵抗分、即ち、配管の長さや曲げによる損失分を含めた相対関係を把握することができる。

そして、図5及び図７に示すように、基板Ｗが搬送されて基板ギャップセンサ６０の位置に達すると、基板ギャップセンサ６０が基板Ｗの下面Ｗｂの位置（１層目）及び上面Ｗａの位置（２層目）を検出して取り込み（ステップＳ１）、基板Ｗの浮上量Ｇ１と基板Ｗの板厚ｔとを演算により求める（ステップＳ２）。求められた浮上量Ｇ１が異常か否かを判別し（ステップＳ３）、異常であれば浮上量エラーと判断してマスク駆動部１２のＺ方向駆動部３４を作動させてマスク保持部１１を退避させ、基板ＷとマスクＭとの干渉を防止すると共に、基板駆動ユニット１７による基板Ｗの搬送を中止するなどの処置を行って、基板Ｗ及びマスクＭの損傷を防止する（ステップＳ４）。

浮上量が正常であれば、浮上量が目標浮上量に対して許容値内にあるかが判断され（ステップＳ５）、許容値内であれば制御カウンタ値をクリアし（ステップＳ６）、更に、基板Ｗの板厚ｔが許容値内にあるか否かを判断する（ステップＳ７）。板厚ｔが許容値内になければ、基板ＷはＺ方向駆動部３４にて補正不能な板厚であると判断し、基板板厚エラー処理とする（ステップＳ８）。また、基板Ｗの板厚ｔが許容値内であれば、検出された基板Ｗの浮上量と板厚ｔに基づいてマスク駆動部１２のＺ方向駆動部３４を作動させ、基板ＷとマスクＭとのギャップＧ２が所定の露光ギャップとなるように補正する（ステップＳ９）。これにより、基板Ｗの浮上量Ｇ１及び板厚ｔが変動しても、該変動分の誤差を吸収することができる。

さらに、ステップＳ５において、浮上量Ｇ１が許容値内にないと判断されると、浮上量制御カウンタをインクリメントした後（ステップＳ１０）、浮上量制御カウンタ値が許容値内にあるかが判断される（ステップＳ１１）。浮上量制御カウンタ値が許容値内になければ、後述する浮上量制御を行っても目標浮上量に制御されないと判断して、浮上量制御不能エラー処理とする（ステップＳ１２）。

一方、浮上量制御カウンタ値が許容値内であれば、浮上量制御シーケンスに移行する。具体的に、該シーケンスでは、図８に示すように、基板ギャップセンサ６０で実測された基板Ｗの浮上量を確認し（ステップＳ１３）、目標浮上量との差から、補正すべき浮上量に対応するエア圧力及びエア流量を求める（ステップＳ１４）。

そして、制御部１５は、圧力センサ４２、５２及び流量センサ４３、５３によって排気孔４１及び吸気孔５１から排気及び吸気される空気のエア圧力及びエア流量を検出しながら、所定のエア圧力及びエア流量となるようにソレノイドバルブを開閉してエア圧力及びエア流量を制御する（ステップＳ１５）。

次いで、エア流量が許容範囲内にあるかを判断し（ステップＳ１６）、許容範囲から外れているとエア流量エラー処理を行い（ステップＳ１７）、許容範囲内であればエア圧力が許容範囲内にあるかが判断される（ステップＳ１８）。そして、許容範囲から外れているとエア圧力エラー処理を行い（ステップＳ１９）、許容範囲内であれば再びステップＳ１の前に戻って、同様の制御が繰り返し行われる。なお、上述する基板板厚エラー処理、浮上量制御不能エラー処理、エア流量エラー処理、エア圧力エラー処理は、上述した浮上量エラー処理と同様、Ｚ方向駆動部３４を作動させてマスク保持部１１を退避させると共に、基板駆動ユニット１７による基板Ｗの搬送を中止する等の処置を行う。

これにより、吸排気エアパッド２１の排気孔４１及び吸気孔５１から排気、また吸気される空気の圧力、流量が制御されて、基板Ｗが目標浮上量に精度よく制御されながらマスクＭの下方位置に搬送される。

また、図６に示すように、基板Ｗがマスクギャップセンサ６１の位置に達すると、マスクギャップセンサ６１が基板Ｗの上面Ｗａの位置とマスクＭの下面ＭＳの位置とを検出して、基板ＷとマスクＭの間のギャップＧ２を求める。そして、制御部１５は、マスクギャップセンサ６１によって得られたギャップＧ２が所定の露光ギャップとなるように、マスク駆動部１２のＺ方向駆動部３４を作動させてマスク保持部１１を移動させる。その後、照射部１４からマスクＭを介して露光用光ＥＬを照射してマスクＭのパターンを基板Ｗに露光転写する。

また、基板ギャップセンサ６０は、Ｙ方向に沿って複数配置されているので、各基板ギャップセンサ６０で得られた浮上量Ｇ１及び基板の板厚ｔは、基板ギャップセンサ６０が位置するＹ方向位置に対応する各吸排気エアパッド２１のエア流量及びエア圧力制御と、基板ＷとマスクＭとのギャップ制御に利用される。従って、吸排気エアパッド２１毎に基板Ｗの浮上量を可変可能であり、露光結果により基板浮上量に起因する露光ムラに対して、基板Ｗの浮上量を変更して対応することが可能となる。また、少なくとも３箇所の吸排気エアパッドのエア流量及びエア圧力を制御することで、マスク保持部１１にチルト機構を設けなくても、基板Ｗのチルト補正を行うことができる。さらに、基板ＷのＹ方向の板厚にばらつきがある場合にも、各マスク保持部１１のＺ方向駆動部３４を駆動して、均一ギャップにて露光することができ、露光精度を向上することができる。

本実施形態の近接スキャン露光装置１及びその制御方法によれば、基板搬送機構１０によって搬送されると共に、浮上ユニット１６上で浮上されて支持される基板Ｗの浮上量Ｇ１を基板ギャップセンサ６０で検出し、検出された基板Ｗの浮上量Ｇ１と目標浮上量との差が許容値を越えている時、浮上ユニット１６のエア流量及びエア圧力を制御するようにしたので、基板Ｗを目標浮上量の許容値内に精度よく支持することができる。これにより、露光精度の向上を図ることができる。

また、基板ギャップセンサ６０によって基板Ｗの板厚ｔを検出し、基板Ｗの浮上量Ｇ１と基板Ｗの板厚ｔに基づいて、マスク保持部１１を移動するためのマスク駆動部１２を駆動して、基板ＷとマスクＭとのギャップＧ２を補正するようにしたので、基板Ｗの板厚ｔが変動した場合にも、変動を吸収して精度の高い露光を行うことができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態においては、基板Ｗがカラーフィルタ基板である場合について述べたが、これに限られず、所定の露光パターンを形成するものであれば半導体基板等如何なるものであってもよい。
また、上記実施形態においては、正圧制御弁４４、真空圧制御弁５４は、エア流量とエア圧力のいずれかを制御するものであってもよい。

本発明の実施形態であるスキャン露光装置の平面図である。 図１におけるスキャン露光装置の正面図である。 基板を浮上・支持する浮上ユニットの概略構成を示す説明図である。 基板ギャップセンサ及びマスクギャップセンサの位置関係を示す模式図である。 基板ギャップセンサによって搬送される基板の浮上量が検出される状態を示す模式図である。 マスクギャップセンサによってマスク及び基板間のギャップが検出される状態を示す模式図である。 浮上ユニットからのエア圧力及びエア流量を制御して基板の浮上量を制御する手順を示すフローチャートである。 浮上ユニットからのエア圧力及びエア流量を制御して基板の浮上量を制御する手順を示すフローチャートである。 基板の浮上量と、エア流量及びエア圧力との浮上特性データを示すテーブルである。

符号の説明

１ 近接スキャン露光装置
１０ 基板搬送機構
１１ マスク保持部
１２ マスク駆動部
１５ 制御部
１６ 浮上ユニット
１７ 基板駆動ユニット
６０ 基板ギャップセンサ（センサ）
ＥＬ 露光用光
Ｇ１ 浮上ユニットと基板とのギャップ（浮上量）
Ｇ２ 基板とマスクとのギャップ
Ｍ マスク
ｔ 基板の板厚
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 基板を浮上させて支持する浮上ユニット、及び該基板を把持しながら所定方向に搬送する基板駆動ユニットを備える基板搬送機構と、マスクを保持するマスク保持部と、前記基板搬送機構に搬送される前記基板の浮上量を検出するセンサと、を備え、前記マスクに近接しながら所定方向に搬送される基板に対して前記マスクを介して露光用光を照射し、前記基板に前記マスクのパターンを露光する近接スキャン露光装置の制御方法であって、
   前記センサによって前記基板の浮上量を検出する工程と、
   前記検出された基板の浮上量と目標浮上量との差が許容値を越えている時、前記浮上ユニットのエア流量とエア圧力の少なくとも一方を制御する工程と、
   を備えることを特徴とする近接スキャン露光装置の制御方法。
2. 前記センサによって前記基板の板厚を検出する工程と、
   前記基板の浮上量と前記検出された基板の板厚に基づいて、前記基板と前記マスクとのギャップを補正するように、前記マスク保持部を移動するためのマスク駆動部を駆動する工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の近接スキャン露光装置の制御方法。
3. マスクに近接しながら所定方向に搬送される基板に対して前記マスクを介して露光用光を照射し、前記基板に前記マスクのパターンを露光する近接スキャン露光装置であって、
   前記基板を浮上させて支持する浮上ユニット、及び該基板を把持しながら所定方向に搬送する基板駆動ユニットを備える基板搬送機構と、
   前記マスクを保持するマスク保持部と、
   前記基板搬送機構に搬送される前記基板の浮上量を検出するセンサと、
   前記センサによって前記基板の浮上量を検出し、前記検出された基板の浮上量と目標浮上量との差が許容値を越えている時、前記浮上ユニットのエア流量とエア圧力の少なくとも一方を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする近接スキャン露光装置。

Images