JP2005292323A - マスクレス露光装置の露光方法およびマスクレス露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラと空間的光変調器あるいは複数の空間的光変調器の相対的な位置を容易かつ精度よく求めることができ、加工精度を向上させることができるマスクレス露光装置の露光方法およびマスクレス露光装置を提供すること。
【解決手段】 露光対象物（ワーク）９の表面に露光により変色する例えばフォトクロミック感材を塗布しておき、複数のミラーを備える空間的光変調器３により露光対象物９を露光させ、空間的光変調器側３に配置されたカメラ５により露光された位置の座標を読み取ることによりカメラ５と空間的光変調器３の位置を求め、その結果に基づいて露光する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のミラーを備える空間的光変調器と露光対象物とを相対的に移動させながら前記ミラーを制御して、前記露光対象物上に所望のパターンを露光させるマスクレス露光装置の露光方法およびマスクレス露光装置に関する。

近年、パターンマスクを使用することなく、空間的光変調器を用いてプリント基板、半導体、液晶表面の感光性ドライフィルムまたは液状レジスト等の露光対象物（以下、「基板」という。）に直接露光する技術が実用化されている。

高精細な露光を行うためには、空間的光変調器と露光対象物および画像処理装置のカメラの位置を精度よく求めておく必要がある。そこで、従来は、予めカメラの空間的光変調器に対する位置を高精度に定めておき、露光対象物上に設けられた位置合わせマークをカメラにより撮像し、空間的光変調器と露光対象物との位置関係を求めてから露光していた。
特開平１１−３２０９６８号公報

ところで、空間的光変調器における複数のミラーの相対位置は予め把握できるが、カメラの光軸と空間的光変調器のミラーのいずれかの中心との距離を直接測定することは困難である。

そこで、従来は、空間的光変調器により露光対象物を露光した後、露光箇所をカメラで測定することによりカメラの光軸と空間的光変調器との距離を求めていた。

しかし、現像処理前の露光箇所をカメラで確認することは困難である。このため、露光させた露光対象物を露光させた位置から外して現像し、現像した露光対象物を再び元の位置に戻して露光箇所を測定しなければならず、作業性が低かった。また、露光対象物を露光させた位置から移動させるため、位置決め精度を向上させることが困難であった。さらに、温度や外部応力等によりカメラの空間的光変調器に対する位置が変化して、露光位置精度が低下することがあった。

また、複数の空間的光変調器を協調させて露光する場合、温度や外部応力等により空間的光変調器相互の位置が変化して、露光されるパターンの合わせ精度が低下した。

本発明の目的は、上記課題を解決し、カメラと空間的光変調器あるいは複数の空間的光変調器の相対的な位置を容易かつ精度よく求めることができ、加工精度を向上させることができるマスクレス露光装置の露光方法およびマスクレス露光装置を提供するにある。

上記した課題を解決するため、本発明の第１の手段は、複数のミラーを備える空間的光変調器側に配置されたカメラにより露光対象物の位置を確認し、前記空間的光変調器と前記露光対象物とを相対的に移動させながら前記ミラーを制御して、前記露光対象物上に所望のパターンを露光するマスクレス露光装置の露光方法において、前記露光対象物の表面に露光により変色する物質を塗布しておき、前記空間的光変調器により前記露光対象物を露光させ、前記カメラにより露光された位置の座標を読み取ることにより前記カメラと前記空間的光変調器の位置を求め、その結果に基づいて露光することを特徴とする。

また、本発明の第２の手段は、複数の空間的光変調器と、前記空間的光変調器側に配置されたカメラと、前記空間的光変調器と前記露光対象物を相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記空間的光変調器と前記露光対象物とを相対的に移動させながら前記ミラーを制御して、前記露光対象物上に所望のパターンを露光させるマスクレス露光装置において、前記空間的光変調器を複数設けると共に、隣接する前記空間的光変調器を互いの露光範囲が一部重なるようにして配置し、請求項１に記載の露光方法により前記空間的光変調器のそれぞれの位置を求め、前記空間的光変調器の露光範囲が重ならないようにして露光することを特徴とする。

カメラの光軸および各露光装置のデータ基準点を精度よく求めることができるので、精度に優れる露光をすることができる。

図１は本発明の全体構成図である。
コントロールユニット１は、シーケンス制御部１ａ、描画データ制御部１ｂ、位置制御部１ｃおよび補正値計算部１ｄとから構成され、露光装置全体の動作制御、空間的光変調器の制御、ステージの位置制御およびカメラからの入力に基づく補正制御を行う。

ドライバー回路２は、描画データ制御部１ｂから出力されたパターンの描画データに基づいて空間的光変調器３に制御データ信号（オンオフ信号）を出力する。

空間的光変調器３には、微細なミラー（図示を省略）がＹ方向に複数個、Ｘ方向に１列または複数列配置されている。各ミラーはドライバー回路２からオン信号を受けると予め定められた角度だけ回転し、光源４から供給される光をステージ８上に載置された露光対象物（以下、「ワーク」という。）９上にスポット状に照射する。

光源４は、一定波長の光を空間的光変調器３に供給する。

カメラ５は、撮像した像を画素単位の電気信号に変換し、画像処理装置６に出力する。

画像処理装置６は、カメラ５から出力された電気信号を画像処理し、その結果を補正値計算部１ｄに出力する。

ステージ制御装置（ＣＮＣ）７はステージ８の位置を制御する。ステージ８は原点Ｏ（０，０）を基準としてＸＹ方向にそれぞれ１μｍ単位で位置決めされる。

次に、カメラと空間的光変調器の位置を確認する確認手順について説明する。
図２は、露光装置における露光部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
なお、ステージ８上に設けられた位置決め用基準マークＡの中心Ａは、Ｏ（０，０）を原点とする固定座標系の原点Ｏに配置されている。また、原点がＯである座標系におけるカメラ５の中心Ｃの設計上の座標は（ｘｃ，ｙｃ）であり、空間的光変調器３のデータ基準点Ｅ（空間的光変調器３の端部に配置されたミラーの中心）の設計上の座標は（ｘｅ，ｙｅ）である。

はじめに、中心Ｃの実際の座標（ｘｃ，ｙｃ）を求める。

先ず、ステージ８をＸ方向にｘｃ、Ｙ方向にｙｃ移動させ、カメラ５により位置決め用基準マークＡを撮像する。画像処理装置６は、カメラ５から出力された電気信号を画像処理し、中心Ａの中心Ｃに対するＸ方向のずれｇｘ１とＹ方向のずれｇｙ１を画素数で求め、補正計算部１ｄに出力する。

次に、ステージ８をＸ方向に１ｍｍ、Ｙ方向に１ｍｍ移動させた後、再び位置決め用基準マークＡを撮像し、中心Ａの中心Ｃに対するＸ方向のずれｇｘ２とＹ方向のずれｇｙ２を画素で求め、補正計算部１ｄに出力する。

補正計算部１ｄは、式１，２により画素単位をステージの移動単位に換算する換算係数ｋｘ、ｋｙを求めてから、式３，４により、Ｘｃ，Ｙｃを求める。
ｋｘ＝１／（ｇｘ２−ｇｘ１）・・・（式１）
ｋｙ＝１／（ｇｙ２−ｇｙ１）・・・（式２）
Ｘｃ＝ｘｃ＋ｇｘ１・ｋｘ・・・（式３）
Ｙｃ＝ｙｃ＋ｇｙ１・ｋｙ・・・（式４）
以上の手順によりカメラ５の中心Ｃの座標が正確に求められる。

次に、データ基準点Ｅの実際の座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を求める。
予め、ワーク９表面の後述するＭ点の周囲には光源４からの光により感光して変色するフォトクロミック感材を塗布しておく。
描画データ制御部１ｂは中心ＡからＹ方向にｙｍずれたＭ点に測定用マークを描画するためのデータをドライバー回路２に送り、ステージ８を移動させて、Ｍ点を設計上のデータ基準点Ｅに一致させた後、空間的光変調器３により、ワーク９を露光する。次に、ステージ８を移動させて、露光したＭ点を中心Ｃに位置決めし、露光したＭ点の中心Ｃに対する画素数のずれを求める。

いま、Ｍ点の中心Ｃに対するＸ方向の画素数のずれがｇｘ３、Ｙ方向の画素数のずれがｇｙ３であったとすると、式５，６によりデータ基準点Ｅの実際の座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を求めることができる。
Ｘｅ＝ｘｅ＋ｇｘ３・ｋｘ・・・（式５）
Ｙｅ＝ｙｅ＋ｇｙ３・ｋｙ・・・（式６）
以上の手順により、カメラ５の中心Ｃおよびデータ基準点Ｅの実際の座標が求められたので、例えば、ワーク９の表面に配置された加工用基準マークの座標をカメラ５で読み取り、空間的光変調器３により露光すれば、精度に優れるパターンを描画することができる。

なお、上記確認手順を、予め定める時間毎に定期的にあるいは室温の変化に応じて行うようにすると、加工精度を高水準に維持することができる。

次に、空間的光変調器を複数配置する場合について説明する。
図３は、本発明に係る他の露光装置における露光部の構成を模式的に示す平面図であり、図２における露光装置３に加えて露光装置３１，３２が配置されている。なお、露光装置３１，３２以外の構成要素および寸法関係は図２と同じである。また、露光装置３、露光装置３１および露光装置３２はそれぞれ別の支持部材に支持されている。

露光装置３、３１、３２のデータ基準点の座標Ｅ（Ｘｅ、Ｙｅ）、Ｅ１（Ｘｅ１、Ｙｅ１）、Ｅ２（Ｘｅ２、Ｙｅ２）は、上記の場合と同様に、露光装置３，３１，３２により露光を行い、露光箇所をカメラ５により撮像し、画像処理することにより求めることができる。

ところで、露光装置３、露光装置３１および露光装置３２がそれぞれ別の部材に支持されている場合、支持部材の熱変形により、隣接する空間的光変調器の間隔が変化する。
そこで、露光装置３、露光装置３１および露光装置３２を、同図に示すように、予め露光装置３と露光装置３１および露光装置３１と露光装置３２の露光範囲が、それぞれ一部（ｄｗ）重なるように配置しておく。

また、露光装置３、３１、３２の露光範囲をそれぞれｗとすると、露光装置３の露光範囲をＹｅからＹｅ１の直前（すなわち、Ｙｅ１に最も近いミラー）まで、露光装置３１の露光範囲をＹｅ１からＹｅ２の直前（すなわち、Ｙｅ２に最も近いミラー）まで、露光装置３２の露光範囲をＹｅ２から予め定める範囲（図示の場合、ｗ−ｄｗ）までとする。

このようにすると、露光装置３と露光装置３１あるいは露光装置３１と露光装置３２の相対位置がＹ方向にずれても露光箇所は重複しない。したがって、品質に優れる露光結果を得ることができる。

なお、露光装置３、３１、３２に指示する露光データとしては、各露光装置の露光範囲毎に出力してもよいし、あるいは例えば、露光装置３に対する露光データとして、ＹｅからＹｅ１の直前までの範囲の描画データにＹｅ１からｗまでのオフのデータ（オフデータ。図中に斜線で示す。）を加えたものとしてもよい。

また、露光装置３、３１、３２はＸ方向にずれらして配置されているので、ステージをＸ方向に移動させて露光する場合、露光装置３、３１、３２の露光開始時期は異なる。そこで、図４に示すように、例えば、露光装置３１に対してはＸｅからＸｅ１の範囲に対してオフデータを、露光装置３２に対してはＸｅからＸｅ２の範囲に対してオフデータを、それぞれ指示するようにすると、露光開始のタイミングを同一にすることができる。

なお、ワーク９の露光範囲が露光装置３、３１、３２が一度に露光できる幅よりも広い場合には、図示の領域を露光した後、ステージ８をステージをＹ方向に移動させて露光する。

なお、上記では、感光物質としてフォトクロミック感材を用いたが、蓄光物質等、露光により変色する物質であればよい。

また、位置決め用基準マークＡの中心Ａを座標系の原点Ｏに配置したが、他の場所であってもよい。

本発明の全体構成図である。 本発明に係る露光装置における露光部の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る他の露光装置における露光部の構成を模式的に示す平面図である。 本発明における描画データの構成を説明する図である。

符号の説明

３ 空間的光変調器
５ カメラ
９ 露光対象物（ワーク）

Claims (3)

1. 複数のミラーを備える空間的光変調器側に配置されたカメラにより露光対象物の位置を確認し、前記空間的光変調器と前記露光対象物とを相対的に移動させながら前記ミラーを制御して、前記露光対象物上に所望のパターンを露光するマスクレス露光装置の露光方法において、
   前記露光対象物の表面に露光により変色する物質を塗布しておき、前記空間的光変調器により前記露光対象物を露光させ、前記カメラにより露光された位置の座標を読み取ることにより前記カメラと前記空間的光変調器の位置を求め、その結果に基づいて露光することを特徴とするマスクレス露光装置の露光方法。
2. 前記露光対象物表面の予め定める位置に位置合わせマークを設けておき、前記カメラで読み取った前記位置合わせマークの座標を基準にして露光することを特徴とする請求項１に記載のマスクレス露光装置の露光方法。
3. 複数の空間的光変調器と、前記空間的光変調器側に配置されたカメラと、前記空間的光変調器と前記露光対象物を相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記空間的光変調器と前記露光対象物とを相対的に移動させながら前記ミラーを制御して、前記露光対象物上に所望のパターンを露光させるマスクレス露光装置において、
   前記空間的光変調器を複数設けると共に、隣接する前記空間的光変調器を互いの露光範囲が一部重なるようにして配置し、請求項１に記載の露光方法により前記空間的光変調器のそれぞれの位置を求め、前記空間的光変調器の露光範囲が重ならないようにして露光することを特徴とするマスクレス露光装置。

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