(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光源の発する紫外線を所定のパターンが形成されたマスクに透過させたうえで投影光学系によって前記マスクの像を感光剤が塗布された被露光体上で結像させ、前記所定のパターンを前記被露光体に転写する投影露光装置であって、前記投影露光装置が、
前記被露光体が取り付けられるテーブルと、
前記テーブル上に設けられ、前記紫外線が入射すると可視光を発する蛍光部材と、
前記被露光体に形成されたアライメントマークに、前記蛍光部材が発する可視光の波長と略等しい光を発する第２光源と、
前記蛍光部材上で結像した前記マスクのアライメントマークの像と前記第２光源から発せられた光による前記被露光体のアライメントマークの像とを観察する観察手段と、
前記観察手段の観察結果をもとに前記マスクの位置を検出するマスク位置検出手段と、
前記マスク位置検出手段の検出結果をもとに前記マスクおよび／または前記テーブルの移動量を算出する移動量算出手段と、
前記移動量算出手段によって算出された前記マスクおよび／または前記テーブルの移動量に基づいて前記マスクおよび／または前記テーブルを移動して前記マスクと前記被露光体の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記蛍光部材は、前記テーブル上の前記被露光体と干渉しない位置に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記投影露光装置は、前記観察手段の観察結果をもとに被露光体の位置を検出する被露光体位置検出手段を有し、
前記移動量算出手段は前記マスク位置検出手段と前記被露光体位置検出手段の検出結果をもとにマスクおよび／またはテーブルの移動量を算出することを特徴とする、請求項１から請求項２のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記第２光源は前記テーブルの内部に設置され、前記第２光源から発せられ、前記被露光体のアライメントマークを通過した光束を前記観察手段は観察することを特徴とする、請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記蛍光部材は前記被露光体と同一の高さに設置されていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記観察手段は、
ＣＣＤカメラと、
前記投影光学系と前記テーブルとの間に配置され、前記投影光学系から前記テーブルに向かう光束を屈曲させずに透過させ、前記蛍光部材の発する光および／または前記照射手段から前記被露光体のアライメントマークを通過した光束を屈曲して前記ＣＣＤカメラの対物光学系に向かわせるミラー手段と、を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項７】
前記ミラー手段がプリズムであることを特徴とする、請求項６に記載の投影露光装置。
【請求項８】
前記ミラー手段がハーフミラーであることを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記投影露光装置が前記被露光体を露光しているときは、前記観察手段は、前記光源の発する光束から退避していることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項１０】
前記投影露光装置は、所定方向に前記マスクおよび前記被露光体を移動させながら前記被露光体に前記所定のパターンを形成し、かつ複数の光源および投影光学系を前記移動方向と直交に配置して一度の走査で露光が完了するよう構成された、走査型の投影露光装置であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源の発する光束を所定のパターンが形成されたマスクに透過させたうえで投影光学系によって前記マスクの像を感光剤が塗布された被露光体上で結像させ、前記所定のパターンを前記被露光体に転写する、投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線基板の配線パターンや液晶パネルの透明薄膜電極などの被露光体を描画する方法として、従来より投影露光装置等が利用されている。投影露光装置は超高圧水銀灯などの高出力の光源から発せられる光束を所定のパターンがかかれたマスクに投射し、さらにこの光束を投影光学系を介して感光剤の塗布されたプリント配線基板や集積回路、液晶パネルなどの被露光体上で結像させてマスクのパターンを被露光体に転写するものである。
【０００３】
マスクのパターンを被露光体に正確に露光するためには、マスクと被露光体の位置合わせを露光に先立って行う必要がある。位置合わせのためには、マスクと被露光体のそれぞれにはアライメントマークが形成されており、マスクのアライメントマークの像が被露光体のアライメントマーク上で結像するようにマスクおよび／または被露光体を移動することによって位置合わせが行われる。
【０００４】
従来は、被露光体に塗布された感光剤が反応しない波長の可視光線をマスクに投射して被露光体または被露光体の感光面と等価な位置に設置された観察用被投影部材上にマスクのアライメントマークの像を結像させ、ＣＣＤカメラ等でその結像位置を計測してその計測結果からマスクの位置を算出し、さらにこの算出結果を用いてマスクおよび／または被露光体の移動距離を算出していた。
【０００５】
上記のように、従来は露光に用いられる光と異なる波長の可視光線を位置合わせ用に用いていた。投影光学系を構成する各光学部材の屈折率は光の波長によって異なるため、上記の手段によって算出されたマスクの位置はこの波長差によって生じた誤差を含んでいた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑み、マスクと被露光体との高精度の位置合わせが可能な投影露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の投影露光装置は、被露光体を保持するテーブルに設置され光源の発する光束が入射すると蛍光光を発する蛍光部材と、蛍光部材上で結像したマスクのアライメントマークの像を観察する観察手段と、観察手段の観察結果をもとにマスクの位置を検出するマスク位置検出手段と、を有する。
【０００８】
本発明の投影露光装置は、上記のように露光用の光源および投影光学系を用いてマスクの位置を検出する構成となっているため、マスクの露光される位置を高精度で検出することができる。また、通常露光用に利用される光源は紫外光であるが、蛍光部材によってマスクの像は可視光の像となるため、観察手段は紫外光を検出可能なものでなくても良く、装置全体の低コスト化が実現できる。
【０００９】
また、観察手段は、被露光体に形成されたアライメントマークを観察可能であり、投影露光装置は、観察手段の観察結果をもとに被露光体の位置を検出する被露光体位置検出手段を有する構成としても良い。
【００１０】
このような構成とすることにより、１つのカメラ手段のみでマスク位置と基板位置の双方を検出可能となる。
【００１１】
なお、上記構成では観察手段が被露光体に形成されたアライメントマークを観察することによって被露光体の位置を検出しているが、この構成の代わりに、例えば、被露光体にあらかじめ位置合わせ用の穴を空けておき、テーブルに付いているピンをこの穴にはめ込むことによって位置合わせを行い、被露光体の位置検出を不要とする構成としても良い。
【００１２】
また、投影露光装置が、カメラ手段が被露光体に形成されたアライメントマークを観察するときは光を被露光体に照射する照射手段を有し、照射手段が照射する光の波長は、蛍光部材が発する光の波長と略等しい構成とすることにより、カメラ手段は同じ条件でマスク位置と被露光体の位置とを検出可能となるので、より高精度な位置合わせが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態による投影露光装置を模式的に示したものである。なお、以下の説明においては、主走査方向（マスクおよび被露光体としてのプリント基板が駆動される方向）をＸ軸、光束がプリント基板に入射する方向をＺ軸と定義している。また、Ｘ軸については図１中左から右に向かう方向、Ｚ軸については図１中下から上に向かう方向をそれぞれ正としている。なお、図１には光源２は１つしか記載されていないが、実際の投影露光装置はＸ軸とＺ軸とに垂直な方向（副走査方向）に複数個の光源およびコリメータレンズ、投影光学系が配置されており、マスクおよびプリント基板を往復させること無くプリント基板全面を露光することができる。
【００１４】
本実施形態の投影露光装置１は、光源２、コリメータレンズ３、マスクＭを保持するマスクホルダ４、投影光学系６、プリント配線基板Ｂを保持する基板ホルダテーブル８、及び基板観察手段９を有する。
【００１５】
光源２は例えば超高圧水銀灯のような、被露光体としてのプリント配線基板に塗布された感光剤を感光させるのに充分な波長と出力を有する光源である。なお、本実施例においては光源２は紫外線を含み、プリント配線基板の表面に塗布された感光剤は紫外線に反応する。光源２から放射されるＺ軸負の方向向きの光束はコリメータレンズ３によってマスクＭ上で矩形状に照明され、次いで投影光学系６に入射する。
【００１６】
投影光学系６は複数の光学部材をＺ軸方向に並べたユニットであり、全体としては凸レンズと同様の働きをする。投影光学系６によるマスクＭの像は基板ホルダテーブル８上に固定されたプリント配線基板Ｂ上で結像し、プリント配線基板Ｂ上に塗布された感光剤によってこの像はプリント配線基板Ｂ上に転写される。
【００１７】
マスクホルダ４および基板ホルダテーブル８はそれぞれマスク駆動機構１４、テーブル駆動機構１８によって駆動され、マスクホルダ４はＸ軸方向、基板ホルダテーブル８はＸ、Ｙ軸方向に移動可能である。
【００１８】
また、投影露光装置１の各投影光学系には基板観察手段９が備えられている。基板観察手段９は、ＣＣＤカメラ９ａと、プリズム９ｂと、カメラテーブル９ｃとを有する。プリズム９ｂはＺ軸負の方向に向かう光束をそのまま透過して基板ホルダテーブル８に入射させると共に、Ｚ軸正の方向に向かう基板ホルダテーブル８からの反射光をＸ軸正の方向に向かうよう９０度屈曲させてＣＣＤカメラ９ａに入射させる。本実施形態においては上記の目的のためにプリズムを用いているが、例えばハーフミラー等の同様の機能を有する部材を代わりに用いても良い。
【００１９】
また、ＣＣＤカメラ９ａとプリズム９ｂはカメラテーブル９ｃ上に固定されている。カメラテーブル９ｃはカメラ駆動機構１９によってＸ軸方向に移動する事によりプリズム９ｂはＺ軸負の方向に向かう光束から退避可能である。
【００２０】
基板ホルダテーブル８の上面のＸ軸正方向先端部には蛍光部材８ａが取り付けられている。この蛍光部材は紫外線を吸収して、可視光線である蛍光光を発光する材料であり、例えば機能性蛍光ガラスなどを用いる。また、蛍光部材８ａの上面の高さはプリント配線基板Ｂの感光面の高さに等しい。
【００２１】
また、基板ホルダテーブル８の内部にはランプ８ｂが設置されている。ランプ８ｂは蛍光部材８ａが発する蛍光光と略同波長の光を発光する。
【００２２】
光源２、マスク駆動機構１４、テーブル駆動機構１８、ＣＣＤカメラ９ａ、カメラ駆動機構１９、ランプ８ｂはコントローラ１０と接続されている。コントローラ１０は光源２およびランプ８ｂを制御して、光源２およびランプ８ｂのオンオフを行う。また、コントローラ１０はマスク駆動機構１４、テーブル駆動機構１８およびカメラ駆動機構１９を制御して、マスクホルダ４、およびカメラテーブル９ｃをＸ軸方向に、基板ホルダテーブル８をＸ、Ｙ軸方向に移動させることができる。さらに、コントローラ１０はＣＣＤカメラ９ａを制御してプリント配線基板Ｂを撮影可能であり、またこの撮影された画像を画像処理して各種計測を行うことができる。
【００２３】
以下、投影露光装置１を用いたプリント配線基板Ｂの露光手順を図面を用いて説明する。図２は投影露光装置１の動作ルーチンのフローである。本ルーチンが開始すると、ステップＳ１０１が実行され、マスクＭが投影露光装置１のマスクホルダ４にセットされる。次いで、ステップＳ１０２に進み、基板ホルダテーブル８にプリント配線基板Ｂがセットされる。次いでステップＳ１０３に進む。
【００２４】
このとき、プリント配線基板Ｂ上にはスルーホールが形成されているので、マスクＭの像はスルーホールで定義されるプリント配線基板Ｂ上の所定の位置に正確に転写されなければならない。そこで、ステップＳ１０３にて、マスクＭの像が前記所定の位置に来るように位置合わせを行う。次いで、ステップＳ１０４ａに進む。
【００２５】
ステップＳ１０４ａでは、コントローラ１０は光源２、マスク駆動機構１４およびテーブル駆動機構１８を制御して光源２を点灯し、さらにマスクホルダ４と基板ホルダテーブル８とを同期をとってＸ軸方向に移動させて走査し、マスクＭの像をプリント配線基板Ｂに転写する。この露光操作が終了したのち、ステップＳ１０４ｂに進み、基板ホルダテーブル８からプリント配線基板Ｂが排出される。次いでステップS１０５に進む。
【００２６】
ステップS１０５では、他のプリント配線基板を露光するかどうかの判断を行う。他のプリント配線基板を露光するのであれば（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ステップS１０６に進む。一方、他のプリント配線基板を露光しないのであれば（Ｓ１０５：ＮＯ）、本ルーチンを終了する。
【００２７】
ステップS１０６では、次のプリント配線基板に現在用いられているマスクの像を転写するか、他のマスクを使用するかどうかの判断を行う。次回露光からマスクを交換するのであれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に進み、マスクホルダ４から現在のマスクを取り外す。次いで、ステップS１０１に戻り別のマスクをセットする。一方、現在のマスクを次回露光に用いるのであれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップS１０２に戻り、新たなプリント配線基板がセットされる。
【００２８】
以上のように、本実施形態においては各プリント配線基板の露光を開始する前に、マスクＭとプリント配線基板Ｂの位置合わせを行う。以下、この位置合わせの手順を図面を用いて説明する。
【００２９】
図１に示されるように、マスクＭとプリント配線基板Ｂには、それぞれ位置合わせ用のアライメントマークＭａおよびＢａが形成されている。マスクＭのアライメントマークＭａがプリント配線基板ＢのアライメントマークＢａに入射するように基板ホルダテーブル８を移動させることによって位置合わせは行われる。
【００３０】
図２のステップＳ１０１およびＳ１０２にてマスクＭおよびプリント配線基板Ｂがセットされたとき、光源２からの光束がマスクＭのアライメントマークＭａを通過し、その光束はさらに投影光学系６を経て基板ホルダテーブル８の蛍光部材８ａに入射するようにマスクＭおよび基板ホルダテーブル８は配置されている。この状態からマスクと基板との位置合わせは行われる。
【００３１】
図３は図２のステップS１０３の位置合わせサブルーチンを示すフローである。本サブルーチンが開始すると、最初にステップS２０１が実行される。
【００３２】
ステップS２０１では、コントローラ１０は光源２を点灯する。次いで、ステップS２０２に進む。
【００３３】
ステップS２０２では、コントローラ１０はカメラ駆動機構１９を制御してカメラテーブル９ｃを移動させ投影光学系６を通過した光束がプリズム９ｂを通過するようにする。プリズム９ｂを通過した光束は蛍光部材８ａに入射し、マスクＭのアライメントマークＭａの像が蛍光部材８ａ上に形成される。蛍光部材８ａは光源２からの紫外光に反応して蛍光光を放射する特性があるため、マスクＭのアライメントマークＭａの像は蛍光光の像として蛍光部材８ａ上に現れる。ＣＣＤカメラ９ａはプリズム９ｂを反射したこの蛍光部材８ａおよび蛍光部材８ａ上に現れたマスクＭのアライメントマークＭａの像を撮影する。なお、このときマスクＭのアライメントマークＭａの像がＣＣＤカメラ９ａの撮影画像の略中心となるよう、マスクＭまたはＣＣＤカメラ９ａは位置決めされている。また基板ホルダテーブル８上で蛍光部材８ａにマスクＭのアライメントマークＭａの像が投影される位置をＩａとする。図１はステップS２０２が実施されたときの状態である。
【００３４】
図１に示されるように、光源２からの光束は蛍光部材８ａ上に入射するので、光源２からの光束によってプリント配線基板Ｂが感光することはない。
【００３５】
次いでステップS２０３に進む。ステップＳ２０３でコントローラ１０はＣＣＤカメラ９ａが撮影した蛍光部材８ａの画像を処理して、ＣＣＤカメラ９ａの撮影画像の中心Ｃに対するアライメントマークＭａの像の結像位置ｄ１を演算する（図５の撮影画像参照）。結像位置ｄ１を演算するには、カメラ９ａが撮影した画像の重心座標を求めることによって行われる。カメラ９ａが撮影した画像のうち、マスクＭのアライメントマークＭａの像以外の部分は一様な明るさとなっているので、カメラ９ａが撮影した画像の重心座標はアライメントマークＭａの像の結像座標に一致する。従って、撮影画像の中心Ｃに対する画像の重心座標がｄ１（ｄ１ｘ、ｄ１ｙ）となる。なお、結像位置ｄ１が画像の中心ＣよりＸ、Ｙ軸方向においてそれぞれ正側にある時は（ｄ１ｘ、ｄ１ｙ）はそれぞれ正の値をとり、結像位置ｄ１が画像の中心ＣよりＸ、Ｙ軸方向においてそれぞれ負側にある時は（ｄ１ｘ、ｄ１ｙ）はそれぞれ負の値をとる（図５参照）。
【００３６】
次いで、ステップS２０４に進む。ステップS２０４ではコントローラ１０は光源２を消灯させる。次いで、ステップS２０５に進む。
【００３７】
ステップS２０５では、コントローラ１０はテーブル駆動機構１８を制御してプリント配線基板ＢのアライメントマークＢａがプリズム９ｂの真下に来るように基板ホルダテーブル８を移動させる。なお、基板ホルダテーブル８上でのプリント配線基板ＢのアライメントマークＢａの位置をＴａと定義している。すなわち、基板ホルダテーブル８の移動距離はＴａ−Ｉａ間の距離である。次いで、ステップS２０６に進む。
【００３８】
ステップS２０６ではプリント配線基板ＢのアライメントマークＢａの真下に設けられたランプ８ｂを点灯する。なお、ランプ８ｂの発する光はプリント配線基板Ｂの感光剤と反応しないような波長および強度に設定されている。ステップS２０６実行後の状態を図４に示す。次いでステップS２０７に進む。
【００３９】
ステップS２０７では、コントローラ１０はＣＣＤカメラ９ａが撮影したプリント配線基板ＢのアライメントマークＢａの画像を処理して、ＣＣＤカメラ９ａの撮影画像の中心Ｃに対するプリント配線基板ＢのアライメントマークＢａの像の結像位置ｄ２を演算する（図５参照）。結像位置ｄ２を演算するには、カメラ９ａが撮影した画像の重心座標、すなわちアライメントマークＢａの像の結像座標（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）を求めることによって行われる。なお、結像位置ｄ２が画像の中心ＣよりＸ、Ｙ軸方向においてそれぞれ正側にある時は、（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）はそれぞれ負の値をとり、結像位置ｄ２が画像の中心ＣよりＸ、Ｙ軸方向においてそれぞれ負側にある時は（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）はそれぞれ正の値をとる（図５参照）。次いで、ステップS２０８に進む。
【００４０】
ステップS２０８では、ランプ８ｂを消灯する。次いでステップS２０９に進む。
【００４１】
ステップS２０９では、コントローラ１０はテーブル駆動機構１８を制御してアライメントマークＭａの像の結像位置ｄ１とアライメントマークＢａの像の結像位置ｄ２のズレ量、すなわち（ｄ１ｘ＋ｄ２ｘ、ｄ１ｙ＋ｄ２ｙ）だけ基板ホルダテーブル８をＸ、Ｙ軸方向に関してそれぞれ移動させる。
【００４２】
そして、ステップＳ２１０ではコントローラ１０はカメラ駆動機構１９を制御してカメラテーブル９ｃを移動させ、プリズム９ｂを投影光学系６を通過した光束が通過する位置から退避するように移動させる。次いで、本サブルーチンを終了する。
【００４３】
以上のように本サブルーチンを実行することにより、マスクＭのアライメントマークＭａの結像位置とプリント配線基板Ｂａの位置が一致する。この状態からマスクホルダ４と基板ホルダテーブル８とを同期を取ってＸ軸正の方向に駆動することにより、マスクＭの像は正確にプリント配線基板Ｂ上に転写される。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の投影露光装置のマスクと被露光体の位置合わせ方法によれば、マスクと被露光体との高精度の位置合わせが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による投影露光装置を模式的に示した概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の投影露光装置の動作フローである。
【図３】本発明の実施の形態の投影露光装置の位置合わせサブルーチンの動作フローである。
【図４】位置合わせを行っている投影露光装置の概略図である。
【図５】ＣＣＤカメラで撮影した撮影画像を模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
１        投影露光装置
２        光源
３        コリメータレンズ
４        マスクホルダ
６        投影光学系
８        基板ホルダテーブル
８ａ      蛍光部材
８ｂ      蛍光ランプ
９        基板観察手段
９ａ      ＣＣＤカメラ
９ｂ      プリズム
１０        コントローラ
１４        マスク駆動機構
１８        テーブル駆動機構
１９        カメラ駆動機構
Ｂ        プリント配線基板
Ｍ        マスク
【図１】
0004121746.tif 000002
【図２】
0004121746.tif 000003
【図３】
0004121746.tif 000004
【図４】
0004121746.tif 000005
【図５】
0004121746.tif 000006