JP2009223447A

JP2009223447A - 加工装置

Info

Publication number: JP2009223447A
Application number: JP2008065043A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Osaka; 義久大坂
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP4886719B2

Abstract

【課題】光学エンジンの使用率を上げることにより、作業能率を高める。
【解決手段】加工領域に対向して設けられ光源からの光を加工対象物に照射する照射手段。照射手段に対向する加工領域と隣接する第１のアライメント撮像領域および加工対象物が載置された第１のＸＹテーブル。第１のアライメント撮像領域の反対側に隣接する第２のアライメント撮像領域および加工対象物が載置された第２のＸＹテーブル。第１、および第２のアライメント撮像領域に対向してそれぞれ設けられ、加工対象物上のアライメントマークを撮像する撮像装置と、撮像装置で撮像されたアライメントマークの座標値と設計上のアライメントマークの座標値とに基づき加工対象物における最終的な加工位置の座標値を演算する画像処理装置と、を備え、アライメント作業が終了した第１のＸＹテーブル上または第２のＸＹテーブル上の加工対象物のいずれか一方を照射手段によって加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターンマスクに代えて空間的光変調器（Digital Micromirror
Device−以下、「ＤＭＤ」という。）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が塗布された露光対象物（以下、「ワーク」という。）に紫外光等の光により電気回路等を露光（描画）するマスクレス露光装置等の加工装置に関する。

例えば特許文献１には、ＤＭＤを用いた従来の露光装置が開示されており、図５は当該露光装置の全体構成図である。光源２１から出力された光はコリメータレンズ２２により平行光２１ａに変換されてＤＭＤ２３に入射する。ＤＭＤ２３には、正方形のマイクロミラーが多数配列されている。ＤＭＤ２３はＤＭＤ制御装置２４に接続されており、ＤＭＤ制御装置２４は、ＤＭＤ２３の各マイクロミラーを個別にオンオフ制御（回転制御）する。ＤＭＤ制御装置２４は制御装置５０に接続されている。そして、マイクロミラーがオンの場合、平行光２１ａは入射したマイクロミラーにより反射され、各マイクロミラー毎に設けられたマイクロレンズ２５により集光されて基板２６に入射し、マイクロミラーがオフの場合は基板２６から離れた位置に入射する。マイクロレンズ２５は、マイクロミラーによって反射された平行光２１ａを各辺方向に収束させ、基板２６上でそれぞれ１辺が数μｍの大きさのスポットにする。

ＸＹθテーブル３０は、ベース２９上をＸ方向に移動自在なＸテーブル３１と、Ｘテーブル３１上をＹ方向に移動自在のＹテーブル３２と、Ｙテーブル３２上にＸＹ平面内で回転自在に支持されたθテーブル３３とから構成されている。θテーブル３３の回転の中心は、Ｙテーブル３２の中心に合わせてある。θテーブル３３はエンコーダを備えるモータにより位置フィードバック制御され、０．０５度の精度で回転方向に位置決めされる。また、Ｘテーブル３１とＹテーブル３２はそれぞれ図示を省略する直線案内装置に支持され、図示を省略するリニアスケールにより位置フィードバック制御され、±１μｍの精度で位置決めされる。

吸着テーブル３４はθテーブル３３上に固定されている。吸着テーブル３４の表面には内部の空洞部に連通する多数の穴が設けられており、前記空洞部は真空源３５に接続されている。基板２６は、吸着テーブル３４上に吸着されて固定されている。なお、基板２６の表面四隅にはアライメントマーク（位置決めマーク）が設けられている。

また、ＸＹθテーブル３０と対向する位置に、ＣＣＤカメラ４０が配置されている。ＣＣＤカメラ４０の光軸はＸＹθテーブル３０の表面に垂直である。ＣＣＤカメラ４０は、基板２６のアライメントマークの座標位置を測定するために使用する。ＣＣＤカメラ４０は、画像処理装置４１を介して制御装置５０に接続されている。

特開２００７−２１９０１１号公報

マスクレス露光装置においては光学エンジンが設けられ、光源からの光は、この光学エンジンによって露光対象物における所定の位置に照射される。光学エンジンは、ＤＭＤ、ＤＭＤ制御装置、並びにマイクロレンズ等の光学部品から構成される。この光学エンジンは高価なものであり、露光装置全体に占めるその価格の割合が半分を超えることもあり得る。

例えば特許文献１に開示されたマスクレス露光装置においては、１つのＸＹθテーブルおよびＣＣＤカメラを備えている。従って、ワークおよびワークにおける露光位置等のアライメント作業をしている間は光学エンジンを使用した露光動作を行うことが不可能である。結果として、光学エンジンを使用しないワークの搬入・搬出およびＣＣＤカメラ、照明装置および画像処理装置等を使用してのアライメント作業時間（アライメント時間）と、光学エンジンを使用する露光作業時間とがほぼ同じにしかならない場合があった。

本発明が解決しようとする課題には上記の問題点が挙げられ、光学エンジンの使用率を上げることにより、作業能率を高めることが本発明の目的である。

本発明は、加工領域に対向して設けられ光源からの光を加工対象物に照射する照射手段と前記加工対象物とを相対的に移動させ、前記光を前記加工対象物の表面に入射させて前記表面を加工する加工装置において、前記照射手段に対向する加工領域と前記加工領域に隣接する第１のアライメント撮像領域との領域内をＸ方向およびＹ方向に移動自在に設けられ、その上に載置された前記加工対象物を前記照射手段に対して位置決めする第１のＸＹテーブルと、前記加工領域と前記加工領域に対して前記第１のアライメント撮像領域の反対側に隣接する第２のアライメント撮像領域との領域内をＸ方向およびＹ方向に移動自在に設けられ、その上に載置された前記加工対象物を前記照射手段に対して位置決めする第２のＸＹテーブルと、前記第１のアライメント撮像領域および前記第２のアライメント撮像領域に対向してそれぞれ設けられ、前記加工対象物上のアライメントマークを撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された前記アライメントマークの座標値と設計上のアライメントマークの座標値とに基づき前記加工対象物における最終的な加工位置の座標値を演算する画像処理装置と、を備え、アライメント作業が終了した前記第１のＸＹテーブル上または前記第２のＸＹテーブル上の前記加工対象物のいずれか一方を前記照射手段によって加工することを特徴とする。

一方のＸＹテーブルで加工動作を行っている時に他方のＸＹテーブルにおいて次のワークのアライメント作業、ワークの搬入・搬出を行うことができる。従って、光学エンジンの使用率を上げて加工装置における作業能率を高めることができる。

以下、本発明の実施例を図１〜図３を参照して説明する。ここでは、加工装置としてマスクレス露光装置（以下、露光装置と称する）について説明する。まず、全体構成について説明する。

図１は、本発明に係る露光装置の簡略正面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１におけるＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒの部分拡大図である。また、図３は、本発明に係る露光装置の平面図である。露光装置中央部には、光学エンジン（照射手段）４が配置される。ベース８上には、ＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒが光学エンジン４に対して図１において左右にそれぞれ配置されている。ＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒは、直線案内装置によってＸ方向、Ｙ方向に移動自在である。

次に詳細を説明する。ＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒについて説明する。ＸＹθテーブル１ＬはＹテーブル1ａｌ、Ｘテーブル１ｂｌ、θテーブル１ｃｌから、ＸＹθテーブル１ＲはＹテーブル1ａｒ、Ｘテーブル１ｂｒ、θテーブル１ｃｒから構成される。本実施例における露光装置は、Ｘ方向およびＹ方向への直線案内装置を有しており、ＸＹθテーブル１Ｌ、１ＲそれぞれのＹテーブル1ａｌ、1ａｒは、図示しない駆動装置によってＹ方向に対して共通の軌道１１上を移動する。Ｙテーブル１ａｌは、図３に示す範囲（Ｙ１＋Ｙ）を移動領域としており範囲（Ｙ１＋Ｙ）をＹ方向に移動自在である。また、Ｙテーブル1ａｒは、図３に示す範囲（Ｙ２＋Ｙ）を移動領域としており範囲（Ｙ２＋Ｙ）をＹ方向に移動自在である。Ｙテーブル１ａｌ、1ａｒは、それぞれその上にＸ方向への軌道１２Ｌ、１２Ｒを有しており、この軌道１２Ｌ、１２ＲによってＸテーブル１ｂｌ、１ｂｒはＸ方向に移動自在である。Ｘテーブル１ｂｌ、１ｂｒは、その上にＸＹ平面内で回転自在に支持されたθテーブル１ｃｌ、１ｃｒをそれぞれ有している。Ｘテーブル１ｂｌ、１ｂｒ、θテーブル１ｃｌ、１ｃｒは、図３に示す範囲Ｘ１をＸ方向の移動領域としており範囲Ｘ１をＸ方向に移動自在である。

ＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒは、θテーブル1ｃｌ、１ｃｒ上に固定された吸着テーブル２Ｌ、２Ｒをそれぞれ有している。θテーブル1ｃｌ、1ｃｒは、上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在である。また、吸着テーブル２Ｌ，２Ｒは、その上にワークを固定するための負圧吸着機構およびクランプを有している。そして、上述のＸ方向、Ｙ方向へのＸＹθテーブル１Ｌ，１Ｒの駆動装置は、例えばリニアモータまたはモータとボールスクリューとから構成される。

図３におけるＸ方向を長さ方向、Ｙ方向を幅方向とする。図３において、幅Ｙ、長さＸ１の領域が露光領域（加工領域）であり、幅Ｙ１、長さＸ１の領域が第１のアライメント撮像領域であり、幅Ｙ２、長さＸ１の領域が第２のアライメント撮像領域である。長さＸ１は、Ｙテーブル１ａｌ、１ａｒの長さによって定められる。また、露光領域の幅Ｙは、例えばワークの幅の最大値がＸＹθテーブルの幅Ｙｔと等しい場合、２Ｙｔ≦Ｙであるように設定される。第１および第２のアライメント撮像領域の幅Ｙ１、Ｙ２は、少なくともＸＹθテーブルの幅Ｙｔより大に設定される。

ＸＹθテーブル１Ｌは、吸着テーブル２Ｌ上に載置されたワークを吸着テーブル２Ｌから持ち上げるように動作するリフタ９を備えている。
ここで、リフタ９について説明する。リフタ９は、ＸＹθテーブル１Ｌおよびその上に固定された吸着テーブル２Ｌ内に設けられ、吸着テーブル２Ｌ上に載置されたワークを図示しない駆動装置によってワーク下部から押し上げて吸着テーブルから離間させるように動作する。図２（ａ）において、ワーク１０がリフタ９によって吸着テーブル２Ｌから持ち上げられている様子を示している。リフタ９とワーク１０との接触面の形状、大きさおよび接触位置等は必要に応じて変更することが可能である。図示の場合、シリンダ（図示せず）を使用したピストン動作によってリフタ９は上昇し、ワーク１０を持ち上げる。リフタ９を上昇させる際には、ワーク１０は常に吸着テーブル２Ｌに対して平行に保たれる。
また、ＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒの上方にはそれぞれ、ワークに設けられたアライメントマークの位置を検出するための光学アライメント装置（または撮像装置）３Ｌ、３Ｒが配置されている。光学アライメント装置３Ｌ，３Ｒはそれぞれ、２つのＣＣＤカメラおよび照明装置を備え、ワークの４隅に設けられたＹ方向の一対のアライメントマークをＣＣＤカメラで２個同時に撮像を行う。ワークの４隅に設けられるアライメントマークは、表面および裏面共に例えばドリルによる貫通穴、レーザマーキング等で設けられている。また、光学アライメント装置３Ｌ、３Ｒそれぞれには画像処理装置（図示せず）が接続されている。画像処理装置は光学アライメント装置３Ｌ、３Ｒそれぞれに対して設けられても良いし、共通であっても良い。この画像処理装置は、ＣＣＤカメラで撮像されたアライメントマークの実際の座標値を求めた後、アライメントマークの実際の座標値と設計上のアライメントマークの座標値に基づき、最終的な露光位置（露光スポット）のＸＹ座標を演算する。当該最終的な露光位置のＸＹ座標に基づいてＸＹθテーブルの位置制御が行われる。

図１において、光学エンジン４の後方には反転搬送装置５が設けられている。この反転搬送装置５は、図示を省略するモータ等に接続された回転軸７を有しており、その回転軸７と共に回転することができるハンド６を有している。ハンド６は吸着面６ａを有しており、吸着面６ａ上にワーク１０を吸着固定することができる。ハンド６は、その待機状態において吸着面６ａが吸着テーブル２Ｌおよび２Ｒの表面に対して平行、上向きとなっている。また、反転搬送装置５は、ＸＹθテーブル１Ｌ、１ＲをＹ方向に案内する軌道１１とは別であるＹ方向への軌道５ａに支持されており、Ｙ方向に所定の範囲内で移動自在である。
図３に示すように、制御装置１３はＸＹθテーブル１Ｌ、１Ｒ、反転搬送装置５およびリフタ９等の制御を行う。

次に、本実施形態における露光装置の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。
まず、ＸＹθテーブル１Ｌを、ＸＹθテーブル１Ｌにおける搬入位置１Ｌａ（図３参照）に移動した後（Ｓ１００）、吸着テーブル２Ｌ上に、図示しないワーク搬入装置によってワーク１０を搬入する（Ｓ１０５）。ワーク１０搬入後、吸着テーブル２Ｌの負圧吸着およびクランプによってワーク１０を吸着テーブル２Ｌ上に固定する。光学アライメント装置３Ｌにおける２つのＣＣＤカメラの光軸を、ワーク１０の２つのアライメントマークにそれぞれ合わせるようにＸＹθテーブル１Ｌを移動して撮像する（Ｓ１１０）。残りの２つのアライメントマークについても同様に行う。その後、ＣＣＤカメラで測定したアライメントマークの実際の座標値と設計上のアライメントマークの座標値とに基づき、ＸＹθテーブル１Ｌの位置補正を行うと共に、露光位置座標についての最終的なデータを求める。その後、ＸＹθテーブル１Ｌを露光スキャン位置に移動させ（Ｓ１２０）、最終的なデータに基づいてＸＹθテーブル１Ｌ、ＤＭＤを制御してスキャン露光を行う（Ｓ１２５）。スキャン露光終了後、ＸＹθテーブル１Ｌをその搬出位置１Ｌａ（図3参照）に移動する（Ｓ１３０）。次に、吸着テーブル２Ｌの負圧吸着およびクランプを解除して、リフタ９によりワーク１０を平行に持ち上げて、吸着テーブル２Ｌとワーク１０との間に空間Ｓを形成する（図２ａ参照）。

反転搬送装置５は、ハンド６を水平な状態にして軌道５ａの中央部（Ｙ方向の中央部）である待機位置からＹ方向に移動し、吸着テーブル２Ｌとワーク１０との間に形成された空間Ｓにハンド６を差し込む。空間Ｓへのハンド６の差し込み後、ハンド６の吸着面６ａによりワーク１０をハンド６に吸着させる（Ｓ２００）。必要であればリフタ９を下げワーク１０とハンド６とのギャップを小さくしてからワーク１０をハンド６に吸着させても良い。図２（ｂ）は、この時の状態を示した図である。その後、制御装置１３はリフタ９を元の位置に戻し、ＸＹθテーブル１Ｌを搬入位置1Ｌａに移動させ、次のワーク１０がある場合には次のワーク１０の搬入動作を行う。引き続いて、次のワーク１０のアライメント作業が行われる。

反転搬送装置５は、ワーク１０吸着後にハンド６を例えば４５度上方方向に回転させた状態でＸＹθテーブル１Ｒにおける搬入位置１Ｒａ方向に移動し、ＸＹθテーブル１Ｒがその搬入位置１Ｒａに移動してワークの受け取り準備が整うまで待機する。ＸＹθテーブル１Ｒのワーク受け取り準備完了後、反転搬送装置５はそのハンド６をさらに回転させてＸＹθテーブル１Ｒ上にワーク１０を載置する（ワーク１０は反転して載置される）（Ｓ２１０）。吸着テーブル２Ｒが負圧吸着およびクランプを動作させてワーク１０をその上に固定した後、反転搬送装置５はワークに対する吸着を切ってそのハンド６を上方方向に回転して（例えばハンド６がＸＹθテーブル１Ｒに対して垂直になる角度である９０度まで）待機位置に移動する。

ワーク１０が反転されて載置固定されたＸＹθテーブル１Ｒは、光学アライメント装置３ＲによりＸＹθテーブル１Ｌの場合と同様にワーク裏面の４隅に設けられたアライメントマークによるアライメント動作を行う。すなわち、光学アライメント装置３Ｒにおける２つのＣＣＤカメラの光軸を、ワーク裏面の２つのアライメントマークの中心にそれぞれ合わせるようにＸＹθテーブル１Ｒを移動し、当該２つのアライメントマークをそれぞれ撮像する（Ｓ３０５）。残りの２つのアライメントマークについても同様に行う。その後、ＣＣＤカメラで測定したアライメントマークの実際の座標値と設計上のアライメントマークの座標値に基づき、ＸＹθテーブル１Ｒの位置補正を行うと共に、露光位置座標についての最終的な補正データを求める（Ｓ３１０）。その後、ＸＹθテーブル１Ｒを露光スキャン位置に移動し（Ｓ３１５）、当該補正データに基づいてＸＹθテーブル１Ｒ、ＤＭＤを制御してスキャン露光を行う（Ｓ３２０）。スキャン露光終了後、ＸＹθテーブル１Ｒをその搬出位置１Ｒａ（図３参照）に移動する（Ｓ３２５）。次に、ＸＹθテーブル１Ｒにおける吸着テーブル２Ｒの負圧吸着およびクランプを解除して、図示しないワーク搬出装置によってワークを搬出する（Ｓ３３０）。一方、ＸＹθテーブル１Ｌにおいては、ステップ１００（Ｓ１００）〜ステップ１１５（Ｓ１１５）の動作が行われる。
つまり、一方のＸＹθテーブルで露光動作を行っている時に他方のＸＹθテーブルにおいて次のワークのアライメント作業を行うことができる。
以上の動作が露光するワーク１０がなくなるまで続けられる。

本実施例においては、ＸＹθテーブル１Ｌのみがリフタ９を備えている構成を示したが、ＸＹθテーブル１Ｒにもリフタ９を設けても良い。

本願のマスクレス露光装置においては、２つのＸＹθテーブルと反転搬送装置とを有することによりワークの表面および裏面の露光が１つの装置で可能であり、ワーク表面露光とワーク裏面露光とを交互に行うことができる。

以上のように、本願の実施例による露光装置によれば、１つの装置においてワーク表面のアライメントおよび露光、ワーク反転、ワーク裏面アライメントおよび露光を行うことができる。つまり、一方のＸＹθテーブルでワークの露光動作を行っている間に、他方のＸＹθテーブルで次のワークのアライメント作業を終了させておくことができるので直ちに露光動作を行うことができ、光学エンジンの使用率を上げてマスクレス露光装置における作業能率を高めることができる。

また、反転搬送装置５を使用してワークを反転する必要がなく、異なるワークをＸＹθテーブル１Ｌ、1Ｒにおいて交互に露光する場合においても同様な効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施例においては、加工装置を加工面が床と平行になるように構成したが、加工面が床に対して垂直になるように構成しても良い。

また、本願におけるマスクレス露光装置においてはθテーブルを設けているが、ワークの回転方向への位置決めは、加工部の座標値データを回転方向に補正しても良いため、必ずしもθテーブルを有する必要はない。

さらに、本願におけるマスクレス露光装置においては、光源からの光を位置決めしてワークに露光するために、ＤＭＤを含む光学エンジンを使用しているが、これに限定されるものではなく、例えばポリゴンミラーを使用して光源からの光を位置決めする場合にも適用できることは言うまでもない。

また、例えばレーザ加工機のようなレーザ光を直接照明する場合にも本願に係る発明が適用できることは言うまでもない。

本発明に係るマスクレス露光装置の簡略正面図である。本発明に係るマスクレス露光装置におけるＸＹθテーブルおよび反転搬送装置の動作説明図である。本発明に係るマスクレス露光装置の平面図である。本発明に係るマスクレス露光装置における露光動作を示すフローチャートである。従来のマスクレス露光装置の全体構成図である。

符号の説明

１Ｌ、１ＲＸＹθテーブル
３Ｌ、３Ｒ光学アライメント装置
４光学エンジン
５反転搬送装置
６ハンド

Claims

加工領域に対向して設けられ光源からの光を加工対象物に照射する照射手段と前記加工対象物とを相対的に移動させ、前記光を前記加工対象物の表面に入射させて前記表面を加工する加工装置において、
前記照射手段に対向する加工領域と前記加工領域に隣接する第１のアライメント撮像領域との領域内をＸ方向およびＹ方向に移動自在に設けられ、その上に載置された前記加工対象物を前記照射手段に対して位置決めする第１のＸＹテーブルと、
前記加工領域と前記加工領域に対して前記第１のアライメント撮像領域の反対側に隣接する第２のアライメント撮像領域との領域内をＸ方向およびＹ方向に移動自在に設けられ、その上に載置された前記加工対象物を前記照射手段に対して位置決めする第２のＸＹテーブルと、
前記第１のアライメント撮像領域および前記第２のアライメント撮像領域に対向してそれぞれ設けられ、前記加工対象物上のアライメントマークを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された前記アライメントマークの座標値と設計上のアライメントマークの座標値とに基づき前記加工対象物における最終的な加工位置の座標値を演算する画像処理装置と、を備え、
アライメント作業が終了した前記第１のＸＹテーブル上または前記第２のＸＹテーブル上の前記加工対象物のいずれか一方を前記照射手段によって加工することを特徴とする加工装置。
前記第１のＸＹテーブル上に載置された前記加工対象物を反転させて前記第２のＸＹテーブル上に載置する反転搬送装置をさらに備え、前記加工対象物の表面および裏面を加工することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
前記第１および第２のＸＹテーブルは、前記Ｙ方向への案内装置が共通であることを特徴とする請求項１または２記載の加工装置。
前記反転搬送装置は吸着手段を備え、前記第１のＸＹテーブルは、前記第１のＸＹテーブル上に載置された前記加工対象物を持ち上げるリフタを備え、当該持ち上げられた加工対象物は、前記反転搬送装置の前記吸着手段によってその裏面を吸着されて反転されることを特徴とする請求項２記載の加工装置。