JP5104107B2 - 帯状ワークの露光装置及び帯状ワークの露光装置におけるフォーカス調整方法 - Google Patents
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Description
また、フィルム回路基板は、上記の樹脂フィルム上に、導電体(例えば銅箔)を貼り付けられている。フィルム回路基板の製造は、レジストを塗布する工程、所望の回路パターンを転写する露光工程、レジストの現像工程、不要の導電体を除去するエッチング工程等を、例えば4回から5回、繰り返すことにより行なわれる。各工程においては、フィルム回路基板がリールから巻き出され、処理加工され、再びリールに巻き取られる。以下フィルム回路基板のことを帯状ワークと呼ぶ。
上記帯状ワークを搬送しながら各露光領域に回路パターン転写する露光装置は例えば特許文献1等に開示されている。
帯状ワークW(以下、単にワークWともいう)は、ワークWを保護するスペーサと重ね合せて巻き出しロール1にロール状に巻かれている。巻き出しロール1から引き出す時、スペーサはスペーサ巻き取りロール1aに巻き取られる。
巻き出しロール1から出た帯状ワークWは、たるみ部A1、中間ガイドロールR2を経てエンコーダロールR3と押さえロールR3’により狭持される。エンコーダロールR3は、ワーク搬送時、後述する搬送ロールにおいてスリップが生じていないか確認するためのロールである。
巻き出しロール1から引き出された帯状ワークWは、露光部3を経て、搬送ロールR4と押さえロールR4’によって狭持される。ワークWは、搬送ロールR4が回転することにより設定された所定量搬送され、露光部3のワークステージ10上に送られる。
露光部3で、帯状ワークWは、露光される領域の裏面側が、ワークステージ10の表面に真空吸着等の保持手段により保持される。これは、投影レンズ5により投影されるマスクパターンの結像位置に、ワークWの露光する領域を固定し、露光中にワークWが光軸方向または搬送方向に移動することを防ぐためである。
同図に示すように、マスクMには、2ヶ所アライメントマーク(マスクマーク)MAMが形成され、ワークWには露光領域ごとにマスクマークMAMの数に対応して2ヶ所のアライメントマーク(ワークマーク)WAMが形成されている。なお、本例ではワークマ一クWAMは、帯状ワークWの周辺部に形成されたスルーホールであるが、帯状ワークWが光透過性である場合は、ワークW上にマークWAMを形成したものであっても良い。
また、ワークステージ10には、投影レンズ5によりマスクマークMAMが投影される位置(2ヶ所)に、切り欠き10aまたは貫通孔が形成され、その下方にはアライメント顕微鏡(2台)12が配置される。
アライメント顕微鏡12は、ワークステージ10の切り欠き10aまたは貫通孔を介して、マスクマークMAMとワークマークWAMとを検出する。
アライメント光照明手段11が、不図示の移動機構により、マスクMの上方に挿入される。アライメント光照明手段11から、アライメント光が、マスクマークMAMに照射され、投影レンズ5によりマスクマーク像が、ワークマークWAMであるスルーホールを通過してアライメント顕微鏡12上に投影される。
アライメント顕微鏡12は、投影されたマスクマーク像を検出する。同時にワークマークWAMであるスルーホールのエッジの像も検出する。
図5に示す制御部20は、アライメント顕微鏡12により検出したマスクマークMAM像とワークマークWAMのエッジ像を入力し画像処理する。そして、このマスクマークMAMとワークマークWAMの位置情報に基づき、両者が所定の位置関係になるようにワークステージ駆動機構6を駆動して、回路等のマスクパターンを形成したマスクMとワークWの露光領域とを位置合せする。
露光が終わると、帯状ワークWは搬送ロールR4と押さえロールR4’によって狭持され、次の露光領域がワークステージ10上に来るように搬送され、露光される。
このようにして帯状ワークWは順次露光され、ガイドロールR5、たるみ部A2を経て巻き取りロール2に巻き取られる。その際、スペーサ巻き出しロール2aからスペーサが送り出され、露光済の帯状ワークWは、スペーサとともに巻き取りロール2に巻き取られる。
ワークステージ10の表面位置は、あらかじめ前記ワークステージ駆動機構6により、投影レンズ5のフォーカス位置に調節されている。
(1)投影レンズのフォーカス位置は、設計された位置に対して、温度変化によるレンズの膨張収縮や気圧の変化によるレンズとレンズの間の空気の屈折率の変化により変化する。
フォーカス位置の変化が、投影レンズの焦点深度内であれば問題ない。しかし、フォーカス位置の変化が、焦点深度よりも大きくなると、露光精度が低下する。
(2)投影レンズは、一般に、解像度を高くすると焦点深度が浅くなる傾向がある。例えば、解像度が6μm程度の投影レンズでは、焦点深度は約50μmであったものが、解像度が4μm程度になると、焦点深度は約30μmになる。
(3)また、投影レンズは解像度を高くするほど使用するレンズの枚数が増え、レンズを支持する鏡筒内には、レンズとレンズにはさまれた空間が多くなる。この空間の圧力は、レンズが置かれる環境の気圧の変化に追従しにくく、気圧が低くなると、レンズには鏡筒から外側に押し出される力が加わり、また、気圧が高くなると、反対に鏡筒の内側に押される力が働く。そのため、高解像度の投影レンズは、気圧の変動の影響を受けやすくなり、フォーカス位置の変化も大きくなる。
(5)従来は、露光装置をユーザの工場に据え付ける際、マスクパターンの投影像がワーク上で結像するように、マスクからワークまでの距離(像原画間距離ともいう)を調整し、装置を設置した部屋の温度がほぼ一定になるように管理しておけば、フォーカス位置の変化は投影レンズの焦点深度内に収めることができた。即ち、像原画間距離の調整は、装置据付時に行えば、その後再度行う必要はなかった。
しかし、露光装置に搭載する投影レンズが高解像度のものになると、温度や気圧の変化により生じるフォーカス位置の変化が、投影レンズの焦点深度よりも大きくなる。
装置が稼動することにより生じる温度変化には、主に次の3つがある。
(a)露光光が投影レンズを通過する際、レンズが光エネルギーを吸収して温度が上昇する。一方、ワークの交換等によりシャッタが閉じ、光がレンズを通過しなくなるとレンズの温度は下がる。この温度変化によりレンズが膨張収縮し、フォーカス位置が変化する。(b)レンズの温度変化にともない、レンズを保持する鏡筒も熱伝導により温度が変化し、膨張収縮する。これによりレンズの位置が変化し、フォーカス位置が変化する。
(c)上記の鏡筒の温度変化や、露光光を出射する光源部の熱が、装置の筐体に伝わり、装置全体が膨張収縮する。これにより、マスクステージからワークステージまでの距離が変化し、フォーカス位置が変化する。
したがって、所望の露光精度を維持するためには、1日に複数回所定の時間や露光の回数ごと定期的に、フォーカス位置の確認を行い、マスクの投影像がワーク上に結像するように、マスクとワークの位置(像原画間距離)の調整(フォーカス調整)を行う必要がある。
露光現像を繰り返して行う必要があるため、調整設定に時間がかかり、一日に何度も行うことは現実的ではない。
仮に上記の方法でフォーカス調整を行うとして、露光処理の途中(ロットの途中)で行う場合を考える。ワークが枚葉であれば、あるワークの露光処理が終わり装置から搬出されたとき、次のワークが搬入されるのを一時停止する。そして、マスクとワークをフォーカス調整用のものに交換し、フォーカス調整を行う。
しかし、ワークが帯状の場合、ワークの途中に切れ間がないので、マスクとワークを交換することは困難である。したがって、露光処理の途中(ロットの途中)でフォーカス調整を行うことができない。
しかし、これにも次のような問題がある。
投影像を用いてフォーカス調整を行う場合、マスクのどこかにフォーカス調整用のパターンを形成することになる。また、このフォーカス調整用のパターンを照明する照明手段と、投影されたパターン像を検出受像する受像手段とが必要になる。しかし、フォーカス調整用の照明手段や受像手段を設けることは、装置のコストアップにつながる。
しかし、次に説明するように、この方法にも問題がある。
現状の帯状ワークの露光装置において必要とされる位置合せ精度は約±5μmであり、この精度を達成するためのマスクマークの大きさは、例えば直径が約0.5mmの円である(ワークマークであるスルーホールの直径は約1mm)。
一方、例えば解像度が4μmの投影レンズのフォーカス調整をしようとすると、それと同等のパターン像が、焦点が合って見えるか見えないかを確認して調整を行うことになる。したがって、フォーカス調整用のパターンは、数μm(例えば6μm)のライン・アンド・スペース(L&S)のパターンである必要がある。したがって、マスクマークは大きすぎて、フォーカス調整用には使えない。
また、アライメント顕微鏡には、その受像面に投影像を結像させるためのレンズが設けられている。そのため、アライメント顕微鏡も、投影レンズと同様に、温度や気圧の変化によりフォーカス位置に変化が生じる。したがって、アライメント顕微鏡にフォーカス調整用パターンを受像させてフォーカス調整を行う場合、アライメント顕微鏡のフォーカス位置の変化も補正する必要がでてくるが、その方法は確立されていない。
すなわち、以下のようにしてフォーカス調整を行なう。
(1)露光光を照射する光照射部と、パターンとマスクアライメントマークが形成されたマスクを支持するマスクステージと、ワークアライメントマークが形成された長尺の帯状ワークを保持し、切り欠きまたは貫通孔が形成されたワークステージと、上記マスクに形成されているパターンを、上記ワークに投影する投影レンズと、上記ワークステージの貫通孔または切り欠き上に配置された光透過部材と、上記光透過部材の下方に設けられたアライメント顕微鏡と、該アライメント顕微鏡により、上記マスクアライメントマークと上記ワークアライメントマークを検出し、マスクの位置合わせを行う制御部とを備えた帯状ワークの露光装置において、上記マスクに投影レンズ用フォーカス調整パターンを形成し、また、上記光透過部材にアライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンを形成する。上記マスクに形成されるマスクアライメントマークは輪環状であり、上記マスクに形成される投影レンズ用フォーカス調整パターンは、上記マスクアライメントマークの輪環の内側に形成されているラインアンドスペースのパターンであり、上記光透過部材に形成されているアライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンは、上記輪環状のマスクマークの投影像内側に形成されており、上記制御部は、上記アライメント顕微鏡により、上記投影レンズ用フォーカス調整パターンと上記アライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンを検出しフォーカス調整を行なう。
(2)上記(1)において、アライメント顕微鏡が、低倍率で画像を検出する第1の受像部と、高倍率で画像を受像する第2の受像部を備え、マスクとワークの位置合せを行う際には、第1の受像部でアライメントマークを検出し、フォーカス調整を行う際には、第2の受像部でフォーカス調整パターンを検出する。
(3)上記(1)(2)において、ワークアライメントマークを、帯状ワークに形成された貫通孔とする。
(4)上記(1)〜(3)の帯状ワークの露光装置におけるフォーカス調整方法であり、上記アライメント顕微鏡により、上記アライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンを受像して、該パターンのフォーカスが合うようにワークステージを光軸方向(Z方向)に移動させる第1の工程と、上記投影レンズ用フォーカス調整パターンを受像して、該パターンのフォーカスが合うようにマスクステージを光軸方向(Z方向)に移動させる第2の工程と、上記工程終了時のマスクステージからワークステージまでの距離を保った状態で、上記投影レンズに対してワークステージとマスクステージとが等しい距離になるよう、マスクステージとワークステージを移動させる第3の工程とを備える。
(1)マスクにフォーカス調整用のパターンを形成し、その投影像をアライメント顕微鏡によって検出撮像し、フォーカスが合うように像原画間距離の調整を行うので、実際にパターンを露光現像することなく、短時間でフォーカス調整を行うことができる。
(2)マスクに形成するフォーカス調整用のパターンは、マスクに形成されているアライメントマークを輪環状にしてその内側に形成するので、ワークの途中に切れ間がない帯状ワークであっても、露光処理の途中(ロットの途中)でフォーカス調整を行うことができる。
(3)さらに、マスクとワークの位置合せを行うことにより、フォーカス調整用のパターンをアライメント顕微鏡の視野内に位置合せすることができる。したがって、マスクとワークの位置合せを行えば、すぐにフォーカス調整の作業に移ることができ、ロットの途中にフォーカス調整を行っても、スループットの低下を極力防ぐことができる。
(4)ワークステージに、アライメント顕微鏡のフォーカス調整用のパターンを設けたので、像原画間距離の調整時、アライメント顕微鏡のフォーカス位置の変化分を補正することができる。
図1、図2において、マスクステージ13は、マスクステージ移動機構14により、少なくともZ方向(光軸方向、図面上下方向)に移動する。
ワークステージ10も、ワークステージ移動機構6により、光軸方向(Z方向、図面上下方向)に移動する。
マスクステージ13とワークステージ10は、投影レンズ5の焦点距離(設計値)の位置を、それぞれのステージのZ方向(光軸方向)の原点位置として移動する。制御部20は、原点位置と、それぞれのステージ14,10のZ方向(光軸方向)の移動原点として記憶している。
ワークステージ10には切り欠き10aまたは貫通孔が設けられ、その下にアライメント顕微鏡12が配置される。なお、アライメント顕微鏡12は、ワークステージ10の移動に対して独立している。
アライメント顕微鏡12はこのガラス板10bの下に配置される。従来例と同様に、アライメント顕微鏡12は、アライメントマークMAMが形成される位置に、その数に合わせて設けられる。本実施例においては、アライメントマークMAMは2ヶ所に形成されているので、アライメント顕微鏡12もそれに合わせて2台設ける。
また、アライメント顕微鏡12は、1台につき、画像を受像するCCDカメラを2つ備えている。一方が低倍率用であり、もう一方が高倍率用である。 光路を切り換えることにより倍率を変更する。低い倍率(例えば1.5倍)は、マスクとワークの位置合わせ時に、マスクマークとワークマークを検出するために使用する。一方、高い倍率は(例えば10倍)は、フォーカス調節時にフォーカス調整用パターンを検出するために使用する。
露光部3上には、ランプ4aと集光鏡4bから構成される光照射部4と、ワークに露光するパターン(マスクパターン)を有するマスクMと、投影レンズ5が設けられている。また、ワークステージ10はワークステージ駆動機構6上に取り付けられており、上下、左右方向に駆動可能であるとともに、ワークステージ面に垂直な軸を中心として回転可能である。
帯状ワークWは、露光部3で位置合せされた後、露光され、露光された帯状ワークWは、ガイドロールR5、たるみ部A2を経て巻き取りロール2に巻き取られる。
前述したように、マスクマークの大きさ(例えば直径0.5mm)と、フォーカス調整用パターンの大きさ(例えば6μmのL&S)は異なる。この大きさの違いを利用し、フォーカス調整用パターンをマスクマークの内側に形成する。
すなわち、図3(a)(b)に示すように、マスクマークMAMを、外形が例えばφ0.5mmで内径がφ0.3mmの輪環(円環)形状にする。そして、例えば6μmのL&Sのフォーカス調整用パターン(以下フォーカスパターンFP)をφ0.3mmの内径の内側に形成する。したがって、マスクMとワークWの位置合わせ時、マスクマークMAMがアライメント顕微鏡上に投影される際、フォーカスパターンFPも同時にアライメント顕微鏡12上に投影される。なお、図3(a)は、マスクマークMAMとフォーカスパターンFPの投影像、スルーホール(ワークマークWAM)のエッジ、および、ガラス板に形成されたアライメント顕微鏡のフォーカス調整用のパターンAP、図3(b)は(a)のマスクマークとフォーカスパターンFPとAPを拡大して示した図である。
アライメント顕微鏡用のフォーカス調整用のパターンAPは、ワークステージ10の切り欠きまたは貫通孔にはめ込まれたガラス板10bに形成される。
パターンAPを形成する位置は、マスクマークMAMやフォーカスパターンFPが投影されたとき重ならない位置であって、アライメント顕微鏡12の視野内とする。例えば、図3(b)に示すように、円環状のマスクマーク像の内側であって、フォーカスパターンFP像の隣である。
(1)ワークWが、搬送ロールR4が回転することにより、あらかじめ設定された距離だけ搬送され、ワークマークWAMであるスルーホールがアライメント顕微鏡12の上で停止する。ワークWには、露光領域ごと所定のピッチでスルーホールが形成されており、搬送ロールR4は、そのピッチに相当する距離分だけ回転する。ワークWがワークステージ10上に保持される。
(2)アライメント光照明手段移動機構11aによりアライメント光照明手段11が、マスクMの上方(マスクMと光照射部4との間)に挿入される。
アライメント光照明手段11は、アライメント光を、マスクマークMAMとその中に形成されているフォーカスパターンFPに対して照射する。ここで、アライメント光の波長は、光照射部4から照射される露光光と同じ波長である。
アライメント顕微鏡は、図3(a)に示すように、マスクマークMAMとフォーカスパターンFPの投影像、および、ワークマークWAMであるスルーホールのエッジ、ガラス板に形成されたアライメント顕微鏡のフォーカス調整用のパターンAPを受像する。
(4)マスクMとワークWの位置合わせは、輪環状のマスクマークMAMと、マスクマークWAMであるスルーホールのエッジがあらかじめ設定された位置関係になるように行われる。この時、マスクマークMAMとマスクマークWAMの検出は、アライメント顕微鏡の低い倍率を使用する。制御部20は、マスクマークMAMとワークマークWAMの位置情報に基づき位置合わせを行う。
マスクMとワークWの位置合わせにより、円環状のマスクマークMAMとスルーホールのワークマークWAMが所定の位置関係になる。このことにより、円環状のマスクマークMAMの内側に形成された投影レンズ用フォーカスパターンFPと、ワークステージのガラス板上に形成されているアライメント顕微鏡用フォーカスパターンAPが、アライメント顕微鏡の視野内に並んで配置されることになる。これにより、以下のフォーカス調整動作が可能となる。
図4(a)〜(d)は、フォースカス調整時におけるマスクとワークの動きを説明する図であり、本実施例のフォーカス調整の手順を図4を用いて説明する。
(a)図4(a)に示すように、アライメント顕微鏡12は、ガラス板10b上に投影された、投影レンズフォーカス調整用パターンFPと、ガラス板10b上に形成されているアライメント顕微鏡フォーカス調整用パターンAPとを同時に受像する。その受像信号は制御部20に送られる。
制御部20は、受像した投影レンズ用フォーカスパターンFPとアライメント顕微鏡用フォーカスパターンAPの像を画像処理する。
ここで、マスクステージ13とワークステージ10は、原点位置にある。原点位置とは、上記したように、投影レンズ5の焦点距離(設計値)の位置である。
(b)アライメント顕微鏡のフォーカス調整を行う。すなわち、図4(b)に示すように、制御部20は、パターンAPのフォーカスが合うように、ワークステージ10を上下方向(光軸方向・Z方向)に移動させる。パターンAPのフォーカスが合えば、制御部20は、ワークステージ10の移動を停止し、原点位置からの移動距離Aを記憶する。
なお、アライメント顕微鏡12のフォーカス調整と投影レンズ5のフォーカス調整とは、順番を逆に行っても良いし、同時に行っても良い。
この状態で、アライメント顕微鏡は、ワークステージ10のガラス10b上にフォーカスが合っており、フォーカスパターンFP像は、ワークステージ10のガラス上に、フォーカスが合った状態で投影されている。この状態におけるマスクステージ14からワークステージ10までの距離が、現在の環境における露光装置のフォーカスの合う像原画間距離Dである。
ここで、フォーカスが合っているからこの状態で露光処理ができるかというとそうではない。この状態では、通常、マスクMから投影レンズ5までの距離と、投影レンズ5からワークステージ10までの距離が等しくない。両者の距離が等しくないと、投影像には収差による歪が生じる。
そのため、この像原画間距離Dを保持した状態で、マスクMから投影レンズ5までの距離と、投影レンズ5からワークステージ10までの距離が互いに等しくなるように、マスクステージ14とワークステージ10とを移動させなければならない。
以上で投影レンズおよびアライメント顕微鏡のフォーカス調整が終わる。
ワーク上には、フォーカスの合ったマスクパターンの投影像が得られる。この状態で、光照射部4から放射される露光光がマスクM、投影レンズ5を介してワークWに照射され、マスクパターンがワークWに転写される。
露光が終わると、帯状ワークWは搬送ロールR4と押さえロールR4’によって狭持され、次の露光領域がワークステージ10上に来るように搬送され、露光される。
露光された帯状ワークWは、前述したように、ガイドロールR5、たるみ部A2を経て巻き取りロール2に巻き取られる。その際、スペーサ巻き出しロール2aからスペーサが送り出され、露光済の帯状ワークWは、スペーサとともに巻き取りロール2に巻き取られる。
また、最近は、マスクとワークの位置合せ精度を良くするため、アライメントマークを2ヶ所以上、例えば4ヶ所に形成する場合がある。その際は、アライメント顕微鏡は、アライメントマークの数に合わせて4台設ける。なお、アライメント顕微鏡を4台設けるとワークステージの傾斜量も検出できる。
2 巻き取りロール
3 露光部
4 光照射部
5 投影レンズ
6 ワークステージ駆動機構
10 ワークステージ
10a 切り欠き(貫通孔)
10b ガラス板
11 アライメント光照明手段
12 アライメント顕微鏡
13 マスクステージ
14 マスクステージ移動機構
20 制御部
M マスク
W 帯状ワーク
MAM マスクマーク
WAM ワークマーク
FP 投影レンズのフォーカス調整用パターン
AP アライメント顕微鏡のフォーカス調整用パターン
Claims (4)
- 露光光を照射する光照射部と、
パターンとマスクアライメントマークが形成されたマスクを支持するマスクステージと、
ワークアライメントマークが形成された長尺の帯状ワークを保持し、切り欠きまたは貫通孔が形成されたワークステージと、
上記マスクに形成されているパターンを、上記ワークに投影する投影レンズと、
上記ワークステージの貫通孔または切り欠き上に配置された光透過部材と、
上記光透過部材の下方に設けられたアライメント顕微鏡と、
該アライメント顕微鏡により、上記マスクアライメントマークと上記ワークアライメントマークを検出し、マスクの位置合わせを行う制御部とを備えた帯状ワークの露光装置において、
上記マスクには投影レンズ用フォーカス調整パターンが、
また、上記光透過部材にはアライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンが、それぞれ形成され、
上記マスクに形成されるマスクアライメントマークは輪環状であり、
上記マスクに形成される投影レンズ用フォーカス調整パターンは、上記マスクアライメントマークの輪環の内側に形成されているラインアンドスペースのパターンであり、
上記光透過部材に形成されているアライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンは、上記輪環状のマスクマークの投影像内側に形成されており、
上記制御部は、上記アライメント顕微鏡により、上記投影レンズ用フォーカス調整パターンと上記アライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンを検出し、フォーカス調整を行なうことを特徴とする帯状ワークの露光装置。 - 上記アライメント顕微鏡は、
低倍率で画像を検出する第1の受像部と、高倍率で画像を受像する第2の受像部を
備え、マスクとワークの位置合せを行う際には、第1の受像部でアライメントマー
クを検出し、
フォーカス調整を行う際には、第2の受像部でフォーカス調整パターンを検出する
ことを特徴とする請求項1の帯状ワークの露光装置。 - 上記ワークアライメントマークは、帯状ワークに形成された貫通孔
であることを特徴とする請求項1または請求項2の帯状ワークの露光装置。 - 請求項1、2または請求項3に記載の帯状ワークの露光装置におけるフォーカス調整方法であって、
上記アライメント顕微鏡により、上記アライメント顕微鏡用フォーカス調整パターンを受像して、該パターンのフォーカスが合うようにワークステージを光軸方向に移動させる第1の工程と、
上記投影レンズ用フォーカス調整パターンを受像して、該パターンのフォーカスが合うようにマスクステージを光軸方向に移動させる第2の工程と、
上記工程終了時のマスクステージからワークステージまでの距離を保った状態で、
上記投影レンズに対してワークステージとマスクステージとが等しい距離になるよう、マスクステージとワークステージを移動させる第3の工程とを備えた
ことを特徴とする帯状ワークの露光装置におけるフォーカス調整方法。
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