JP2013120108A - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜形成装置のコスト削減のために、アライメント用のカメラの台数を削減することが望まれる。
【解決手段】 撮像装置が、ステージに保持された対象物の表面を撮像する。ノズルユニットが、対象物の表面に、液状材料を吐出する。移動機構が、ステージを面内方向に移動させる。制御装置が移動機構を制御する。制御装置は、移動機構及び撮像装置を制御して、対象物に形成されているアライメントマークの縁のうち、少なくとも２つの部分を撮像する。撮像された少なくとも２つの部分の画像データに基づいて、ステージ上におけるアライメントマークの位置を決定する。その後、ステージ上におけるアライメントマークの位置を基準位置として、移動機構を制御しながら、対象物に向けて前記ノズルから液状材料を吐出させることにより、対象物の表面に、液状材料からなる薄膜パターンを形成する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、対象物の表面に形成されているアライメントマークの位置を検出し、その位置に基づいて対象物に薄膜パターンを形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。

プリント配線板にソルダーレジストのパターンを形成する従来の方法について説明する。まず、表面に回路パターンが形成されたプリント配線板の全面に、感光性のソルダーレジストを塗布する。所定のマスクパターンを用いて、ソルダーレジスト膜を露光し、その後現像することにより、ソルダーレジストのパターンが形成される。

ソルダーレジストを液滴化して、プリント配線板の所望の領域にのみ液滴を付着させ、硬化させることにより、ソルダーレジストの薄膜パターンを形成する技術が注目されている。ソルダーレジストの液滴は、複数のノズルからプリント配線板に向けて吐出される。プリント配線板の表面に付着した液滴に紫外線を照射することにより、液滴を硬化させることができる。

ソルダーレジストの薄膜パターンを形成するときの位置の基準となるアライメントマークが、プリント配線板の表面に形成されている。カメラ等の撮像装置でアライメントマークを検出することにより、プリント配線板の所望の位置に液滴を付着させることができる。

まず、低解像度のカメラでアライメントマークを検出して、その粗い位置を決定し、その後、高解像度のカメラでアライメントマークを検出して、位置を高精度に決定する方法が知られている。

特開２００４−１０４１０４号公報 特開２０１１−７７２８９号公報

従来の方法では、低解像度のカメラと高解像度のカメラとの２種類のカメラを準備しなければならない。薄膜形成装置のコスト削減のために、準備すべきカメラの台数を削減することが望まれる。

本発明の一観点によると、
対象物を保持するステージと、
前記ステージに保持された対象物の表面を撮像する撮像装置と、
前記対象物の表面に、液状材料を吐出する複数のノズルが設けられたノズルユニットと、
前記ステージの面内方向に関して、前記対象物と前記撮像装置との相対位置関係、及び前記対象物と前記ノズルユニットとの相対位置関係が変化するように前記ステージ、前記撮像装置、及び前記ノズルユニットの少なくとも１つを移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記移動機構及び前記撮像装置を制御して、前記対象物に形成されているアライメントマークの縁のうち、少なくとも２つの部分を撮像し、
撮像された少なくとも２つの部分の画像データに基づいて、前記ステージ上における前記アライメントマークの位置を決定し、
前記ステージ上における前記アライメントマークの位置を基準位置として、前記移動機構を制御しながら、前記対象物に向けて前記ノズルから液状材料を吐出させることにより、前記対象物の表面に、前記液状材料からなる薄膜パターンを形成する薄膜形成装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
対象物に形成されたアライメントマークの縁のうち、少なくとも２つの部分の画像データを取得する工程と、
前記画像データを解析することにより、前記アライメントマークの位置を決定する工程と、
決定された前記アライメントマークの位置を基準位置として、前記対象物に薄膜パターンを形成する工程と
を有する薄膜形成方法が提供される。

アライメントマークの全域を視野内に捕捉することができないような高解像度の撮像装置を用いて、アライメントマークの位置を算出することができる。高解像度の撮像装置を用いることができるため、位置の算出精度を高めることができる。

図１は、実施例による薄膜形成装置の概略側面図である。 図２は、実施例による薄膜形成装置で薄膜を形成する対象物のアライメントマーク、及び形成すべき薄膜パターンの形状を示す平面図である。 図３は、実施例による薄膜形成装置のステージ、ノズルユニット、撮像装置の位置関係を示す図である。 図４Ａは、ノズルユニットの斜視図であり、図４Ｂは、ノズルユニットの底面図である。 図５は、実施例による薄膜形成方法のフローチャートである。 図６Ａ及び図６Ｂは、撮像装置の視野内にアライメントマークの縁を捕捉する手順を説明するための図である。 図７Ａ〜図７Ｄは、アライメントマークの縁の一部分が撮像装置の視野内に捕捉されている状態を示す図であり、図７Ｅは、アライメントマークの中心の位置を算出する方法を説明するための図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、撮像装置の視野内に、それぞれ対応するアライメントマークの同一の部分が捕捉されている状態を示す図である。 図９Ａは、撮像装置の視野内に、それぞれ対応するアライメントマークの異なる部分が捕捉されている状態を示す図であり、図９は、撮像装置の視野内に、それぞれ対応するアライメントマークの同一の部分が捕捉されるように修正された後の状態を示す図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、プラス形状のアライメントマークと撮像装置の視野とを示す図である。

図１に、実施例による薄膜形成装置の概略側面図を示す。定盤２０の上に、移動機構２１によりステージ２５が保持されている。ステージ２５の上に、薄膜を形成する対象物３０、例えばプリント基板が保持されている。移動機構２１は、ステージ２５を、その保持面に平行な２方向に移動させるとともに、保持面に垂直な軸を回転中心として回転させることができる。ステージ２５は、例えば真空チャックにより対象物３０を固定する。

ステージ２５の上方に、ノズルユニット４０及び撮像装置５０が配置されている。ノズルユニット４０及び撮像装置５０は、支柱２２及び梁２３により、定盤２０に支持されている。ノズルユニット４０は、対象物２５に向かって液状材料の液滴、例えばソルダーレジストの液滴を吐出する。撮像装置５０は、対象物３０の表面に形成されているアライメントマーク、配線パターン等を撮像する。

撮像装置５０で取得された画像データが、制御装置６０に入力される。制御装置６０は、移動機構２１を制御することによりステージ２５を移動させる。さらに、制御装置４０は、ノズルユニット４０に吐出信号を送信することにより、所望のノズルから液状材料の液滴を吐出させる。また、制御装置４０は、撮像装置５０で取得された画像データの画像解析を行う。制御装置６０内に準備された記憶装置６１に、対象物３０に形成すべき薄膜の平面形状、アライメントマークの平面形状、及び両者の相対的な位置関係を定義するパターンデータや、制御装置６０が実行するプログラム等が記憶されている。

図１では、ノズルユニット４０及び撮像装置５０を定盤２０に対して固定し、ステージ２５を定盤２０に対して移動可能な構成とした。その逆に、ステージ２５を定盤２０に固定し、ノズルユニット４０及び撮像装置５０を、定盤２０に対して移動可能な構成としてもよい。さらに、ステージ２５を、定盤２０に対して一次元方向に移動可能にし、ノズルユニット４０及び撮像装置５０を、ステージ２５の移動方向に直交する方向に移動可能な構成としてもよい。

図２に、対象物３０の表面に形成すべき薄膜パターン及び表面に形成されているアライメントマークの平面図を示す。対象物３０の外形は、例えば長方形である。対象物３０の表面に、形成すべき薄膜パターン３２が定義されている。さらに、対象物３０の四隅に、アライメントマーク３１が形成されている。アライメントマーク３１には、対象物３０の表面に形成されている配線パターンと同様に、銅箔が用いられる。アライメントマーク３１の各々の平面形状は円形である。アライメントマーク３１の各々は、撮像装置５０（図１）の視野内に収まらない大きさである。薄膜パターン３２の平面形状、アライメントマーク３１の平面形状、及び両者の相対位置関係を示すパターンデータが、記憶装置６１（図１）に記憶されている。

図２では、４個のアライメントマーク３１が形成されている例を示したが、アライメントマーク３１の数は、４個に限定されない。対象物３０の面内の２方向（ＸＹ方向）のみの位置を検出するには、１個のアライメントマーク３１が形成されていればよい。対象物３０のＸＹ方向の位置、及び回転方向の姿勢を検出するためには、２個のアライメントマーク３１が形成されていればよい。対象物３１の伸縮等による変形を検出するためには、３個以上のアライメントマーク３１を形成しておくことが好ましい。

図３に、ノズルユニット４０、撮像装置５０、ステージ２５、及び対象物３０の平面的な位置関係を示す。６個のノズルユニット４０が、２行３列の行列状に配置されている。ノズルユニット４０の各々は、４個のノズルヘッド４２及び５個の紫外光源４３を含む。ノズルヘッド４２の各々は、図３において横方向に配列した複数のノズル穴４５を含む。ノズルヘッド４２は、ノズル穴４５の配列方向と直交する方向（図３において縦方向）に配列している。紫外光源４３は、ノズルヘッド４２の間、及び最も端に位置するノズルヘッド４２よりも外側に配置されている。４個の撮像装置５０が、６個のノズルユニット４０が配置されている長方形の領域の４つの頂点に対応する位置に配置されている。

ステージ２５の内側に対象物３０が保持されている。対象物３０の表面に複数のアライメントマーク３１が形成されている。４個の撮像装置５０の相対位置関係は、４個のアライメントマーク３１の相対位置関係と同一である。図３では、４個のアライメントマーク３１が、それぞれ対応する撮像装置５０の視野内に配置されている状態を示している。このため、４個のアライメントマーク３１を、４個の撮像装置５０で同時に観察することができる。

図４Ａに、ノズルユニット４０の各々の斜視図を示す。支持部材４１の底面に、４個のノズルヘッド４２が取り付けられている。ノズルヘッド４２の各々に、複数のノズル穴４５が形成されている。ノズル穴４５は、例えば２列に配列している。ノズルヘッド４２は、ノズル穴４５の配列方向と直交する方向に配列している。ノズルヘッド４２の間、及び最も端に位置するノズルヘッド４２よりも外側に、紫外光源４３が配置されている。紫外光源４３は、対象物３０（図１）に紫外線を照射する。

図４Ｂに、ノズルヘッド４２及び紫外光源４３の底面図を示す。ノズルヘッド４２の各々の底面（基板３０に対向する表面）に、２列のノズル列４６が形成されている。ノズル列４６の各々は、図４Ｂにおいて縦方向に、ピッチ（周期）８Ｐで配列した複数のノズル穴４５で構成されている。一方のノズル列４６のノズル穴４５の位置は、他方のノズル列４６のノズル穴４５の位置に対して、縦方向に４Ｐだけずれている。

４個のノズルヘッド４２は、縦方向に少しずつずらして、支持部材４１（図４Ａ）に固定されている。ずれ量は、１つのノズル列４６におけるノズル穴４５のピッチ８Ｐの１／８である。例えば、最も左側のノズルヘッド４２を基準として、２番目、３番目、及び４番目のノズルヘッド４２は、図４Ｂにおいて下方に２Ｐ、Ｐ、３Ｐだけずらされている。縦方向のみに着目すると、４個のノズルヘッド４２に形成されているノズル穴４５は、ピッチＰで等間隔に配置されることになる。

ノズル穴４５から吐出されて対象物３０（図１）の表面に着弾した液状材料は、紫外光源４３から放射された紫外線に照射されて硬化する。ノズルユニット４０を、図４Ｂの横方向に移動させながら、ノズル穴４５から液状材料を吐出させることにより、縦方向のピッチがＰの複数のドットからなる薄膜パターンを形成することができる。なお、対象物３０上における１つのドットの直径はピッチＰより大きいため、薄膜パターンを構成するドットは、縦方向に連続する。

図５に、実施例による薄膜形成方法のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、対象物３０（図１）を、ステージ２５上の、予め決められた位置に載置する。ステージ２５は、載置された対象物３０を吸着して固定する。対象物３０の位置決めは、例えば対象物３０の縁を基準として行われる。対象物３０には、アライメントマーク３１（図２）が形成されており、形成すべき薄膜パターン３２（図２）が定義されている。

ステップＳ２において、アライメントマーク３１の縁が、撮像装置５０（図１）の視野内に配置されるように、移動機構２１（図１）を制御する。このとき、記憶装置６１に記憶されているパターンデータに基づいて、ステージ２５上におけるアライメントマーク３１の位置を推定し、推定結果に基づいてステージ２５を移動させる。対象物３０をステージ２５に載置する（ステップＳ１）ときに発生するステージ２５と対象物３０との位置ずれ、及び対象物３０の縁とアライメントマーク３１との位置ずれ等により、アライメントマーク３１の縁が撮像装置５０の視野内に捕捉されない場合もある。

ステップＳ３において、撮像装置５０の視野内にアライメントマーク３１の縁が捕捉されているか否かを判定する。アライメントマーク３１の縁が視野内に捕捉されていない場合には、ステップＳ４において、アライメントマーク３１の縁が視野内に捕捉されるまで、アライメントマークの推定位置の周囲を、撮像装置５０で観察する。図６Ａ及び図６Ｂを参照して、ステップＳ４の具体例について説明する。

図６Ａに、アライメントマーク３１と、ステップＳ２でステージ２５を移動させた後の視野５１ａとの位置関係の一例を示す。視野５１ａがアライメントマーク３１の外に配置されている。視野５１ａの中心５２が、パターンデータで定義されたアライメントマーク３１の中心位置に基づいて予測されたステージ２５上における位置に対応する。

移動機構２１（図１）を制御することにより、視野５１ａの中心５２の周囲の領域を、撮像装置５０（図１）で観察する。例えば、視野５１ａに隣接する環状の領域を、撮像装置５０で順次観察する。このとき、視野５１が、最初の視野５１ａの周囲を１周するように、移動機構２１（図１）を制御する。この環状の領域内にも、アライメントマーク３１の縁が配置されていない場合には、さらに外側の環状の領域を撮像装置５０で観察する。

図６Ｂに、アライメントマーク３１と、ステップＳ２でステージ２５を移動させた後の視野５１ａとの位置関係の他の例を示す。視野５１ａがアライメントマーク３１の内部に含まれている。このため、視野５１ａ内にアライメントマーク３１の縁を捕捉することができない。この場合も、図６Ａの場合と同様に、視野５１ａを取り囲む環状の領域を撮像装置５０で観察する。これにより、アライメントマーク３１の縁を視野５１内に捕捉することができる。

アライメントマーク３１の縁を視野５１内に捕捉した後、ステップＳ５の処理を実行する。

ステップＳ３で、アライメントマーク３１の縁が視野内に捕捉されている場合には、ステップＳ４の処理を実行することなく、ステップＳ５の処理を実行する。

ステップＳ５において、移動機構２１（図１）を制御してステージ２５を移動させることにより、アライメントマーク３１の上端、下端、右端、及び左端を含む４つの画像データを取得する。

図７Ａ〜図７Ｄに、それぞれアライメントマーク３１の上端Ｐ１、下端Ｐ２、右端Ｐ３、及び左端Ｐ４を含む縁が視野５１内に捕捉された状態を示す。制御装置６０（図１）は、図７Ａ〜図７Ｄに示した視野５１内の画像データを取得する。

ステップＳ６において、制御装置６０が画像データを解析することにより、アライメントマーク３１の中心位置を算出する。以下、中心位置の算出方法について説明する。ステップＳ５で取得された画像データを解析することにより、ステージ２５上におけるアライメントマーク３１の上端Ｐ１、下端Ｐ２、右端Ｐ３、及び左端Ｐ４の位置を決定することができる。

図７Ｅに示すように、上端Ｐ１と下端Ｐ２との結ぶ直線と、右端Ｐ３と左端Ｐ４とを結ぶ直線との交点Ｐ０が、アライメントマーク３１の中心に対応する。

他の方法で、アライメントマーク３１の中心の位置を算出してもよい。例えば、円形の上端と下端との位置が決定されると、その円形の中心位置を決定することができる。また、円周上の３点の位置が決定されれば、その円周の中心位置を決定することができる。

その他に、パターンマッチングによってアライメントマーク３１の中心位置を決定してもよい。以下、パターンマッチングを利用する方法について説明する。画像データの各々に含まれるアライメントマーク３１の一部分を、すべての画像データに関して合成することにより、アライメントマーク３１の合成画像データを求める。アライメントマーク３１の合成画像データと、記憶装置６１（図１）に記憶されているアライメントマーク３１の平面形状のパターンデータとのパターンマッチングを行う。パターンマッチングの結果に基づいて、アライメントマーク３１の中心位置を算出することができる。このとき、合成された画像データが、アライメントマーク３１の縁の全域を含むように、画像データを取得しておくことが好ましい。合成画像データに、アライメントマーク３１の縁の全域を含めることにより、パターンマッチングの精度を高めることができる。

上記ステップＳ２からＳ６までの処理を、すべてのアライメントマーク３１について実行することにより、すべてのアライメントマーク３１の中心位置を算出することができる。

ステップＳ７において、アライメントマーク３１の中心位置を基準位置として、対象物３０（図２）に、薄膜パターン３２を形成する。アライメントマーク３１の中心位置と、形成すべき薄膜パターン３２との相対位置関係がパターンデータによって既知であるため、予め決められた位置に薄膜パターン３２を形成することができる。

アライメントマーク３１の全域が視野内に収まるような低倍率の撮像装置を使用すると、ステージ２５上におけるアライメントマーク３１の中心位置を高精度に決定することが困難である。上記実施例では、アライメントマーク３１が視野内に収まらないような高倍率の撮像装置５０を用いているため、アライメントマーク３１の中心位置を高精度に決定することができる。

また、低倍率の撮像装置と高倍率の撮像装置との２種類の撮像装置を準備する必要がないため、薄膜形成装置のコスト低減を図ることができる。さらに、上記実施例では、撮像装置５０の撮像倍率を、アライメントマーク３１の大きさによって変える必要がない。１種類の撮像装置５０により、種々の大きさのアライメントマーク３１に対応することが可能である。

次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、４個のアライメントマーク３１の画像データを取得する方法の一例について説明する。

図８Ａに、ステップＳ２またはステップＳ４（図５）において、アライメントマーク３１の縁の一部分が視野５１内に捕捉された状態の一例を示す。４個の視野５１内に、それぞれ対応するアライメントマーク３１のほぼ同一の部分が捕捉されている。この状態は、回転方向に関して、対象物３０と視野５１との位置ずれがほとんど生じていないことを意味する。したがって、図８Ｂに示すように、ステージ２５を面内方向に並進移動させることにより、４個の視野５１内に、対応するアライメントマーク３１の縁の他の部分を同時に捉えることができる。このため、ステップＳ２からステップＳ６（図５）までの一連の処理を実行する際に、ステージ２５を静止させた状態で、４個のアライメントマーク３１の画像データを同時に取得することができる。

次に、図９Ａ及び図９Ｂを参照して、４個のアライメントマーク３１の画像データを取得する方法の他の例について説明する。

図９Ａに示した例では、４個の視野５１内に、それぞれ対応するアライメントマーク３１の異なる部分が捉えられている。この状態は、４個の視野５１と、４個のアライメントマーク３１との間で、回転方向に関して位置ずれが生じていることを意味している。

取得された画像データに基づいて、回転方向の位置ずれ量を算出することができる。算出された回転方向の位置ずれを修正するように、ステージ２５を回転させる。

図９Ｂに、回転方向の位置ずれを修正した後の視野５１とアライメントマーク３１との位置関係を示す。回転方向の位置ずれが修正されているため、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明したように、ステージ２５を静止させた状態で、４個のアライメントマーク３１の画像データを同時に取得することができる。

回転方向に関して位置ずれが生じたままでは、４個のアライメントマーク３１を、それぞれ対応する視野５１で同時に捕捉することができない場合がある。視野５１で捕捉されなかったアライメントマーク３１の縁の一部を観察するために、さらにステージ２５を移動させなければならない。画像データを取得する前に、回転方向の位置ずれを修正しておくことにより、ステージ２５の移動回数を削減することができる。

上記実施例では、アライメントマーク３１の平面形状を円形としたが、他の形状としてもよい。

図１０Ａ及び図１０Ｂに、円形以外の形状の例として、プラス形状のアライメントマーク３１を示す。図１０Ａ及び図１０Ｂに、それぞれアライメントマーク３１の上端及び下端を含む一部分を視野５１内に捕捉した状態を示す。この２つの画像データに基づいて、アライメントマーク３１の中心位置を算出することができる。さらに、アライメントマーク３１の右端を含む一部分、及び左端を含む一部分の画像データを取得してもよい。４個の画像データに基づいてアライメントマーク３１の中心位置を算出することにより、中心位置の算出精度を高めることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 定盤
２１ 移動機構
２２ 支柱
２３ 梁
２５ ステージ
３０ 対象物（プリント基板）
３１ アライメントマーク
３２ 薄膜パターン
４０ ノズルユニット
４１ 支持部材
４２ ノズルヘッド
４３ 紫外光源
４５ ノズル穴
４６ ノズル列
５０ 撮像装置
５１ 視野
５２ 視野の中心
６０ 制御装置
６１ 記憶装置

Claims (4)

1. 対象物を保持するステージと、
   前記ステージに保持された対象物の表面を撮像する撮像装置と、
   前記対象物の表面に、液状材料を吐出する複数のノズルが設けられたノズルユニットと、
   前記ステージの面内方向に関して、前記対象物と前記撮像装置との相対位置関係、及び前記対象物と前記ノズルユニットとの相対位置関係が変化するように前記ステージ、前記撮像装置、及び前記ノズルユニットの少なくとも１つを移動させる移動機構と、
   前記移動機構を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記移動機構及び前記撮像装置を制御して、前記対象物に形成されているアライメントマークの縁のうち、少なくとも２つの部分を撮像し、
   撮像された少なくとも２つの部分の画像データに基づいて、前記ステージ上における前記アライメントマークの位置を決定し、
   前記ステージ上における前記アライメントマークの位置を基準位置として、前記移動機構を制御しながら、前記対象物に向けて前記ノズルから液状材料を吐出させることにより、前記対象物の表面に、前記液状材料からなる薄膜パターンを形成する薄膜形成装置。
2. 前記制御装置は、
   前記対象物に形成すべき薄膜の平面形状、前記アライメントマークの平面形状、及び両者の相対位置関係を示すパターンデータを記憶しており、
   前記アライメントマークの縁の少なくとも２つの部分を撮像する際に、前記パターンデータで定義された前記アライメントマークの位置に基づいて、前記アライメントマークの一部分が前記撮像装置の視野内に捕捉されるように、前記移動機構を制御する請求項１に記載の薄膜形成装置。
3. 前記制御装置は、前記アライメントマークの一部分が前記撮像装置の視野内に捕捉されるように、前記移動機構を制御した状態で、前記アライメントマークの縁が前記撮像装置の視野内に捕捉されていないとき、さらに前記移動機構を制御して、前記パターンデータの縁の一部分が前記視野内に捕捉されるまで、前記パターンデータで定義された前記アライメントマークの位置の周囲の領域を撮像する請求項２に記載の薄膜形成装置。
4. 対象物に形成されたアライメントマークの縁のうち、少なくとも２つの部分の画像データを取得する工程と、
   前記画像データを解析することにより、前記アライメントマークの位置を決定する工程と、
   決定された前記アライメントマークの位置を基準位置として、前記対象物に薄膜パターンを形成する工程と
   を有する薄膜形成方法。

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