JP2013171988A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置合わせ用のマークを用いずにアライメントが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】基板１とフォトマスク２のパターンの図形から、対応する位置にある一対の図形を選択し、これを基準マーク４０、４１とし、これらの近傍を撮影して部分画像を得て、該部分画像内で基準マークモデルを設定し、基準マーク登録装置２０に登録する。露光すべき基板１が搬入されると、基準マーク４０，４１の近傍を撮像装置４により撮影し、登録されている基準マークモデルを用いて、同一の画像となる範囲を基準マーク識別範囲として検出し、基準マーク４０，４１として設定した図形を検出する。この図形、即ち基準マーク４０，４１を用いて位置合わせを行い、位置合わせが終了したら露光する。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリント配線基板の露光装置及び露光方法に関する。

従来、プリント配線基板の露光装置において、基板とフォトマスクとの位置合わせは基板とマスクに位置合わせ用のマークを設け、これらマークの中心座標を計測し、各々の座標間のずれを計算して位置調整を行うことが一般的である(特許文献1)。また、半導体分野の露光装置では、位置合わせマークを用いない位置合わせ方式としてウェハ上のXYスクライブライン交点を位置合わせマークの代わりに使用する位置合わせ方法が知られている（特許文献2）。
しかし、プリント配線基板及びフォトマスク上には、工程上の都合等により位置合わせマークを設けることができない場合もあり、その場合には位置決めピンなどによるメカニカル的な位置合わせを行っているが、近年の高密度パターンのプリント配線基板の製造では精度が不十分になってきている。
一方、プリント配線基板の製造工程において、既にパターンを形成した基板に更にパターンを露光して、絶縁層を取り除く工程がある。この工程では、基板に形成されたパターンとフォトマスクに描かれたパターンには対応部分があり、位置が一致する図形も存在する。

特開20003-107756公報 特開平7-335722公報

本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたもので、位置合わせマークを用いずに且つ高精度でプリント配線基板とフォトマスクとの位置合わせを行うことができる露光装置を提供することを目的とするもので、特にソルダレジスト塗布後の露光の際の位置合わせに適用するに相応しい露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、既にパターンが形成されているプリント配線用の基板に、該パターンに対応し、該パターンの図形と同一の位置に図形を有するパターンを描いたフォトマスクを用いて露光する、プリント配線基板の露光装置において、前記同一の位置にある図形の中から選択された１対の図形のそれぞれの形状と大きさを夫々位置合わせ用の基板マークとマスクマークとして記憶し、前記基板マークを含む領域を撮影した基板の部分画像内で、該基板マークを含む所定のエリアで区切られた画像であって、該部分画像内で他に同一の画像がなく唯一であるように選択された画像を基板基準マークモデルとして記憶し、
前記基板基準マークモデル内における前記基板マークの位置を記憶し、前記マスクマークを含む領域を撮影したフォトマスクの部分画像内で、該マスクマークを含む所定のエリアで区切られた画像であって、該部分画像内で他に同一の画像がなく唯一であるように選択された画像をマスク基準マークモデルとして記憶し、前記マスク基準マークモデル内における前記マスクマークの位置を記憶する、基準マーク登録装置と、プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせに際して撮像される前記基板マークを含む領域内において、前記基準マーク登録装置に記憶された基板基準マークモデルに基づいて基板基準マークモデルと同一の画像部分を基板マーク識別範囲として検出し、該検出された基板マーク識別範囲内の前記基板マークを検出し、プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせに際して撮像される前記マスクマークを含む領域内において、前記記憶されたマスク基準マークモデルに基づいて、マスク基準マークモデルと同一の画像部分をマスクマーク識別範囲として検出し、該検出されたマスクマーク識別範囲内の前記マスクマークを検出する、基準マーク検出装置と、を備え、前記検出された基板マークとマスクマークに基づいて、前記プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせを行い、該位置合わせ後に露光を行う、ことを特徴とする。

本発明の露光装置によれば、基板とフォトマスク上のパターンの図形を利用して位置合わせすることが可能になる。しかも、基準マーク登録装置に登録した基準マークモデルに基づいて基準マークを検出するため、パターンの他の図形を基準マークとして誤検出することがなく、精度の高い位置合わせが可能になる。

本発明の一実施形態を示すブロック図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示すフローチャート図。 本発明の一実施形態の動作を示すフローチャート図。

図１に基づいて、本発明の露光装置の一実施形態を説明する。
露光されるべきプリント配線基板１はステージ３上に載置されており、ステージ３はｘｙｚ及びθ方向に移動可能になっている。
ステージ３の上方には、光学系６が配置され、更にその上方には露光パターンを有するフォトマスク２が配置されている。フォトマスク２の上方には更に露光光源５が配置されており、ここから露光光を照射して、フォトマスク２上のパターンを光学系６を介して基板１上に露光するように構成されている。

基板１とフォトマスク２の回路パターンの一部が基板基準マーク４０及びマスク基準マーク４１として選択、登録されている。これについては、後に詳述する。
基板基準マーク４０及びマスク基準マーク４１は、複数個所に複数個設定しても良い。一般的には各２つ、精度よくアライメントするためには４つ設けるのが一般的である。３つ、５つなどの数であっても良く、必要に応じて決めればよいが、その数と位置は一致させる。

該基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１は、撮像装置４に撮像され、画像処理装置１３で画像処理されたうえで、制御装置１４に送られる。該制御装置１４は、ステージ制御装置１１とステージ位置検出装置１２を用いてステージ３を移動させて、基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１に基づいて基板１とフォトマスク２の位置合わせを行うように構成されている。
撮像装置４は、基板基準マーク４０及びマスク基準マーク４１の数に応じて複数台設けてもよいし、あるいは１台で兼用してもよい。
該位置合わせの後に前記露光光源５からの露光光による露光が行われる。

撮像装置４は、基板基準マーク４０を撮像するミラーなどの光学部品７とカメラ１０、マスク基準マーク４１を撮像するミラーなどの光学部品８とカメラ９からなる２つの撮像系を有している。
撮像装置４は、撮像装置位置制御装置１９によりその位置を制御され、前記したアライメントの基準となるパターンである基板基準マーク４０、マスク基準マーク４１を撮像することができる位置に撮像装置４を位置合わせできるように構成されている。
該位置はあらかじめ操作装置１８より設定しておくことにより自動で移動させることも可能であるし、操作装置１８を操作することにより手動で移動させることも可能である。
なお、撮像系はマスク２及び基板１についてそれぞれ独立した撮像系を用いても良い。

なお、撮像系で撮像された画像を処理する画像処理装置１３は、画像処理とともにそれに関わる表示等を表示器１５を介して行い、設定等は操作装置１６にて行うことができるようになっている。
また、制御装置１４は、画像処理装置１３に対して画像処理の実施ならびに画像処理に関する設定等の指示を行うことができ、画像処理の結果から算出した位置情報等を表示器１７を介して表示することができるように構成されている。
更に制御装置１４は操作装置１８あるいは画像処理の結果に基づき撮像系制御装置１９を介して撮像系の位置を制御でき、前記したようにステージ制御装置１１とステージ位置検出装置１２を介してステージ位置を制御できるように構成されている。

基板１には既に回路パターンが形成され、該パターン保護のために絶縁処理が行われ、感光性樹脂がコーティングされて絶縁層が形成されている。しかし基板１上の回路パターンに実装される部品を接合する部分の絶縁層は取り除く必要がある。
フォトマスク２には該絶縁層を取り除く部分の大きさと位置を描画してあり、基板１にフォトマスク２のパターンを露光し、その後化学処理などにより該絶縁層部分の除去が行われる。

図２に、基板パターン３１とマスクパターン３２の一例を示す。図２におけるエリア３３、エリア３４は、撮像装置４の視野範囲を示すもので、この実施例ではエリア３３、３４を図示する４カ所に設定し、この４カ所で位置合わせを行うようになっている。ここでは、左下のエリア３３，３４を例として説明する。
該エリアを拡大した部分画像３８、部分画像３９を図３に示す。部分画像３８と部分画像３９とを重ね合わせたものが、図４に示す重ね合わせ画像３７である。マスクパターン３２のパターンを基板パターン３１上に露光することにより重ね合わせ画像３７のように該パターンが重ねあわされ、マスクパターン３２のパターンの露光により規定される所定の位置の絶縁層を取り除く処理が可能になる。

基板パターン３１上にマスクパターン３２を露光する際にも当然に、基板１とフォトマスク２を位置合わせすることが必要であるが、フォトマスク２には既に回路パターンが形成され、絶縁層が形成されているため、前回の露光に使用した貫通孔等で形成されたマークは絶縁層に埋まってしまい、使用できないのが普通である。また新たに位置合わせ用のマークを形成するスペースがない場合や、基板全体でアライメントして回路を形成した基板に対して幾つかの領域に分割して位置合わせを行う場合には、該分割領域用の位置合わせマークを形成できないなど、位置合わせマークを形成できない場合がある。
そこで本発明の露光装置においては、基板１上の既に形成されたパターンの一部と、フォトマスク２に描画されたパターンの一部を基準マーク登録装置２０により基板基準マーク４０、マスク基準マーク４１として設定するように構成されている。この設定は作業者により行われ、基準マーク登録装置２０により登録される。

最初に、作業者は基板基準マーク４０、マスク基準マーク４１を基板パターン３１とマスクパターン３２の中から、対応する任意の画像を選択して設定する。
この際、後に説明する基準マークモデル４４、４５の設定が可能な位置の画像を選択する。
また基板基準マーク４０、マスク基準マーク４１として設定するパターンは円形などの比較的単純な形状のパターンが望ましい。

次に撮像装置位置制御装置１９により基板基準マーク４０とこれに対応する位置にあるマスク基準マーク４１の位置座標に基づいて、概略位置に撮像装置４を移動させ、図２に示すようにカメラ視野であるエリア３３，３４の画像を得る。これが図３に示す部分画像３８と部分画像３９である。
この部分画像３８と部分画像３９の中に選択した基板基準マーク４０、マスク基準マーク４１が存在する。

次に、回路パターンは通常同一図形が複数あるため、選択した基板基準マーク４０、マスク基準マーク４１も部分画像３８と部分画像３９内に複数存在する。複数の同一図形から選択した基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１を自動的に検出するために、予め撮像した部分画像３８から基板基準マークモデル４４を設定する。

図５及び図６に示すように、基板基準マークモデル４４は基板基準マーク４０を含むエリア４２を指定し、基板基準マークモデル４４として画像を切り出すことにより設定する。この基板基準マークモデル４４は基準マーク登録装置２０により画像登録し、その形状や大きさなどを登録する。

該基板基準マークモデル４４は、部分画像３８内で唯一の画像であるように選択する。即ち、部分画像３８の任意の場所からエリア４２と同じ大きさの画像を切り出し、基板基準マークモデル４４と比較した場合に、該基板基準マークモデル４４と一致する場所はエリア４２以外になく、エリア４２の一カ所のみであるようにエリア４２を指定し、この画像を基板基準マークモデル４４とする。この基板基準マークモデル４４は、この実施形態では矩形（長方形）としているが、他の形状であってもよい。

この実施形態では、基板基準マーク４０を含むパターン３１の外側のパターンの存在しない空白エリア４８を含め基板基準マークモデル４４としている。この空白エリア４８の面積を適宜選択することにより、基板基準マークモデル４４と画像３８の中において一致するエリアはエリア４２のみとすることができる。

次に、マーク４０を囲むように矩形の基板基準マーク領域５４を設定する。この基板基準マーク領域５４内にはマーク４０以外の図形が存在しないように設定し、登録する。
そして基板基準マーク領域５４の基板基準マークモデル４４に対する位置を登録する。

マスク２でも同様にあらかじめ撮像した画像３９においてマスク基準マーク４１が含まれるエリア４３を指定し、空白エリア４９を含むマスク基準マークモデル４５として画像を切り出し登録し、その形状や大きさなどの情報を登録する。同じく、マーク４１を囲むように矩形のマスク基準マーク領域５５を設定する。同様にこのマスク基準マーク領域５５内にはマーク４１以外の図形が存在しないように設定登録し、マスク基準マーク領域５５の基板基準マークモデル４５に対する位置を登録する。
なお、基板基準マークモデル４４とマスク基準マークモデル４５の大きさと位置は必ずしも一致しなくても良い。

以上の通り、基準マーク登録装置２０において基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１の形状と大きさ、基板基準マークモデル４４とマスク基準マークモデル４５の画像、基板基準マーク領域５４、マスク基準マーク領域５５とそのモデル４４，４５に対する位置関係が設定登録される。

次に基準マーク４０，４１の検出について説明する。簡単のため、図５を用いて説明する。
上記のように基準マーク登録装置２０において登録した内容に基づいて、露光時の基板１とフォトマスク２の位置合わせの際に、最初に基準マーク検出装置２１により自動的に基準マーク４０，４１が検出される。
露光対象の基板１がステージ３上に搬入されると、最初に機械的な位置合わせ機構（図示せず）を使用し、フォトマスク２に対して基板１の位置を調整し、マスクパターン３２上のマスク基準マーク４１が含まれるエリア３４と基板３１上の基板基準マーク４０が含まれるエリア３３を、概略一致させ、このエリアを撮像装置４により同時に撮像する。撮像装置４の２系列の撮像系により図３に示す部分画像３８´、部分画像３９´が得られる。
なお、前記機械的な位置合わせ機構の精度は、撮像装置４がマスク基準マーク４１と基板基準マーク４０を同時に撮像できる程度のもので良い。

基準マーク検出装置２１及び画像処理装置１３において、部分画像３８´から登録してある基板基準マークモデル４４と一致する範囲を検出する。この検出には種々の手法があるが、この実施形態においては、基準マーク検出装置２１は、基板基準マークモデル４４と同サイズのエリアを部分画像３８´のｘｙ方向に所定の解像度でスキャンし、基板基準マークモデル４４と照合しながら同一の範囲を検出する。この範囲を基板基準マーク識別範囲４２´とする。

基板基準マークモデル４４と一致する範囲４２´が検出されたら、該エリア４２´の中にある基板基準マーク４０を検出する。基準マーク検出装置２１は、登録してある基板基準マーク領域５４内で、登録してあるマーク４０の形状と大きさに基づいて、該マーク４０を検出し、その中心点の座標を位置情報として記憶する。

部分画像３９´についても、同じ手順でマスク基準マークモデル４５と同一の範囲４３´を検出し、これをマスク基準マーク識別範囲４３´とし、該範囲４３´の中のマスク基準マーク４１を検出する。
即ち基準マーク検出装置２１は、基板基準マークモデル４５と同サイズのエリアを部分画像３９´のｘｙ方向に所定の解像度でスキャンし、マスク基準マークモデル４５と照合しながら同一の範囲を検出する。
基板基準マークモデル４５と一致する範囲４３´が検出されたら、該エリア４３´の中にあるマスク基準マーク４１を検出する。基準マーク検出装置２１は、登録してある基板基準マーク領域５４内で、登録してあるマーク４１の形状と大きさに基づいて、該マーク４１を検出し、その中心点の座標を位置情報として記憶する。

基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１は、基板１及びフォトマスク２上の複数個所に設定登録することが可能であり、複数設定登録してある場合は、各基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１について、上記した操作を繰り返して、複数の基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１を検出する。
この実施形態では、前記したように図２に示す４カ所で位置合わせを行っており、残りの３ケ所においても同じ処理を行う。

基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１が検出されたら、これらの位置関係から、基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１に基づいて基板１とフォトマスク２の位置合わせを実行する。即ち、制御装置１４は基板基準マーク４０とマスク基準マーク４１に基づいてステージ制御装置１１とステージ位置検出装置１２によりステージ３をｘｙ方向及びθ方向に移動させ、基板１とフォトマスク２の位置合わせを行う。
位置合わせ後、露光光源５により露光光を照射し、基板１の基板パターン３１上にマスクパターン３２を焼き付けて、所定の部分の絶縁層を取り除く処理を行う。

次に、図７と図８のフローチャート図に基づいて、全体的な動作を説明する。
図７により基準マーク登録装置２０を用いた登録動作を説明する。
基板１とフォトマスク２のパターンの図形から、対応する位置にある一対の図形を選択し、これを基準マーク４０、４１とし、その形状と大きさを記憶する（ステップＳ１）。撮像装置４により基準マーク４０、４１の近傍を撮影し、部分画像３８，３９を得て（ステップＳ２）、該部分画像３８，３９内で基準マークモデル４４、４５を設定すし（ステップＳ３）、更に基準マークモデル４４、４５内の基準マーク４０、４１を囲む基準マーク領域５４，５５を設定する（ステップＳ４）。これら設定、記憶した内容を基準マーク登録装置２０に登録する（ステップＳ５）。

図８により基準マーク検出装置２１の動作を説明する。
ステージ３上に、露光すべき基板１が搬入されると（ステップＳ１０）、基準マーク４０，４１の近傍を撮像装置４により撮影し（ステップＳ１１）、登録されている基準マークモデル４４と４５を用いて、同一の画像となる範囲を基準マーク識別範囲４２´、４３´として検出する（ステップＳ１２）。該基準マーク識別範囲４２´、４３´内で基準マーク領域５４，５５を検出し、基準マーク４０，４１として設定した図形を検出する（ステップＳ１３）。この図形、即ち基準マーク４０，４１を用いて位置合わせを行い（ステップＳ１４）、位置合わせが終了したら露光する（ステップＳ１５）。
次に搬入された基板１についても、同様の動作を繰り返す（ステップＳ１６）。

１：基板、２：フォトマスク、３：ステージ、４：撮像装置、５：露光光源、６：光学系、７：光学部品、８：光学部品、９：カメラ、１０：カメラ、１１：ステージ制御装置、１２：ステージ位置検出装置、１３：画像処理装置、１４：制御装置、１５：表示器、１６：操作装置、１７：表示器、１８：操作装置、１９：撮像装置位置制御装置、２０：基準マーク登録装置、２１：基準マーク検出装置、３２：マスクパターン、３３：エリア、３４：エリア、３７：重ね合わせ画像、３８と３８´：部分画像、３９と３９´：部分画像、４０：基板基準マーク、４１：マスク基準マーク、４２：エリア、４２´：範囲、４３：エリア、４３´：範囲、４４：基板基準マークモデル、４５：マスク基準マークモデル、４８：空白エリア、４９：空白エリア、５４：基板基準マーク領域、５５：マスク基準マーク領域。

Claims (4)

1. 既にパターンが形成されているプリント配線用の基板に、該パターンに対応し、該パターンの図形と同一の位置に図形を有するパターンを描いたフォトマスクを用いて露光する、プリント配線基板の露光装置において；
   前記同一の位置にある図形の中から選択された１対の図形のそれぞれの形状と大きさを夫々位置合わせ用の基板マークとマスクマークとして記憶し、
   前記基板マークを含む領域を撮影した基板の部分画像内で、該基板マークを含む所定のエリアで区切られた画像であって、該部分画像内で他に同一の画像がなく唯一であるように選択された画像を基板基準マークモデルとして記憶し、
   前記基板基準マークモデル内における前記基板マークの位置を記憶し、
   前記マスクマークを含む領域を撮影したフォトマスクの部分画像内で、該マスクマークを含む所定のエリアで区切られた画像であって、該部分画像内で他に同一の画像がなく唯一であるように選択された画像をマスク基準マークモデルとして記憶し、
   前記マスク基準マークモデル内における前記マスクマークの位置を記憶する、
   基準マーク登録装置と；
   プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせに際して撮像される前記基板マークを含む領域内において、前記基準マーク登録装置に記憶された基板基準マークモデルに基づいて基板基準マークモデルと同一の画像部分を基板マーク識別範囲として検出し、
   該検出された基板マーク識別範囲内の前記基板マークを検出し、
   プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせに際して撮像される前記マスクマークを含む領域内において、前記記憶されたマスク基準マークモデルに基づいて、マスク基準マークモデルと同一の画像部分をマスクマーク識別範囲として検出し、
   該検出されたマスクマーク識別範囲内の前記マスクマークを検出する、基準マーク検出装置と、を備え；
   前記検出された基板マークとマスクマークに基づいて、前記プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせを行い、該位置合わせ後に露光を行う；
   ことを特徴とするプリント配線基板の露光装置。
2. 前記基板基準マークモデルが、基板パターンと基板パターンのない空白部分を含み、該基板パターンと該空白部分との組み合わせにより、前記部分画像内で他に同一の画像がなく唯一の画像であるように選択され、
   前記マスク基準マークモデルがマスクパターンとマスクパターンのない空白部分を含み、該マスクパターンと該空白部分との組み合わせにより、前記部分画像内で他に同一の画像がなく唯一の画像であるように選択されている、
   請求項１のプリント配線基板の露光装置。
3. 前記所定のエリアが矩形である、
   請求項１のプリント配線基板の露光装置。
4. 既にパターンが形成されているプリント配線用の基板に、該パターンに対応し、該パターンの図形と同一の位置に図形を有するパターンを描いたフォトマスクを用いて露光する、プリント配線基板の露光方法において、
   前記同一の位置にある図形の中の１対を夫々位置合わせ用の基板マークとマスクマークとして選択し、
   前記基板マークを含む領域と前記マスクマークを含む領域をそれぞれ撮像装置で撮影して基板の部分画像とフォトマスクの部分画像を得て、
   前記基板の部分画像内で、該基板マークを含む基板上の所定のエリアで区切られた画像を基板基準マークモデルとして記憶し、
   前記基板基準マークモデル内における前記基板マークの位置を記憶し、
   前記マスクの部分画像内で、該マスクマークを含むフォトマスク上の所定のエリアで区切られた画像をマスク基準マークモデルとして記憶し、
   前記マスク基準マークモデル内における前記マスクマークの位置を記憶し、
   前記基板基準マークモデルと前記マスク基準マークモデルは、前記部分画像内で、他に同一の画像がなく、唯一である、ように選択され、
   プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせに際して、前記基板マークを含む領域と前記マスクマークを含む領域をそれぞれ撮像装置で撮像し、
   前記記憶された基板基準マークモデルに基づいて、該撮像視野内において基板基準マークモデルと同一の画像部分を基板識別範囲として検出し、
   該検出された基板識別範囲内の前記基板マークを検出し、
   前記記憶されたマスク基準マークモデルに基づいて、該撮像視野内においてマスク基準マークモデルと同一の画像部分をマスク識別範囲として検出し、
   該検出されたマスク識別範囲内の前記マスクマークを検出し、
   前記検出された基板マークとマスクマークに基づいて、前記プリント配線基板とフォトマスクの位置合わせを行い、
   該位置合わせ後に露光を行う、
   ことを特徴とするプリント配線基板の露光方法。

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