JP2013142778A

JP2013142778A - 両面露光装置

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Publication number: JP2013142778A
Application number: JP2012002940A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ota; 尚樹太田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP5811855B2

Abstract

【課題】両面露光装置において、マスクステージや投影レンズをＺ方向に移動させることなく、上下マスクの位置合せとワークの露光を行えるようにすること。
【解決手段】上下マスクＭ１，Ｍ２のアライメントマークＭＡ１，ＭＡ２と露光パターンＰ１，Ｐ２が、ワークＷの表面位置に投影結像するように、上下マスクステージＭＳ１，ＭＳ２や上下投影レンズＬ１．Ｌ２を配置する。この状態で、下投影レンズＬ２とワークステージＷＳの間の露光パターンＰ１，Ｐ２の光路内に、結像位置をワークＷの厚み分だけ短くする平行平板ＰＬを配置する。これにより、上下マスクＭ１，Ｍ２のマスクマークＭＡ１，ＭＡ２の投影像は、ワークＷの表面位置に結像し、マスクパターンＰ１，Ｐ２の投影像はそれぞれワークＷの表面位置、裏面位置に結像する。このためマスクステージや投影レンズをＺ方向に移動させることなく、位置合せと露光を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの両面を同時に露光する両面露光装置に関する。

プリント配線基板、ＭＥＭＳ（メムス、ＭＩＣＲＯＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）、水晶振動子などを製造するための露光工程においては、それらを形成する基板（以下ワーク）の両面を同時に露光する両面露光装置が使用されることがある。
図４に、従来の両面露光装置の概略構成を示す。
両面露光装置は、上ランプハウス（上光照射部）ＬＨ１、下ランプハウス（下光照射部）ＬＨ２、上マスクＭ１を保持する上マスクステージＭＳ１、下マスクＭ２を保持する下マスクステージＭＳ２、上投影レンズＬ１、下投影レンズＬ２、両面に露光処理がなされるワークＷを保持するワークステージＷＳを備える。
上下光照射部ＬＨ１，ＬＨ２は、それぞれ露光光を含む光を放射するランプ、ランプからの光を反射するミラー、露光光の照射を制御するシャッタ機構などを備え、露光光を上下マスクＭ１，Ｍ２へ照射する。

上マスクＭ１にはワークＷの表面（第１面）に形成するパターン（以下、上マスクパターン）Ｐ１とマスクアライメントマーク（以下、上マスクマーク）ＭＡ１が、下マスクＭ２にはワークＷの裏面（第２面）に形成するパターン（以下、下マスクパターン）Ｐ２とマスクアライメントマーク（以下、下マスクマーク）ＭＡ２が形成されている。
上マスクステージＭＳ１と下マスクステージＭＳ２には、それぞれ上マスクステージ移動機構（不図示）、下マスクステージ移動機構（不図示）が取り付けられている。
上投影レンズＬ１は、上光照射部ＬＨ１からの露光光によって、上マスクＭ１のパターンＰ１像をワークＷの表面（第１面）に投影する。下投影レンズＬ２は、下光照射部ＬＨ２からの露光光によって、下マスクＭ２のパターンＰ２像をワークＷの裏面（第２面）に投影する。ワークＷの露光時においては、上投影レンズＬ１による上マスクパターンＰ１と下投影レンズＬ２による下マスクパターンＰ２とは、ワークＷの厚み分結像位置がＺ方向（図面上下方向、露光光の光軸方向）にずれている。

ワークステージＷＳにはワークステージ移動機構（不図示）が取り付けられている。また、後述する上下マスクＭ１，Ｍ２の位置合せを行うために、ワークステージＷＳには貫通孔Ｈが形成されている。この貫通孔Ｈは、下マスクマークＭＡ２の像が露光光により投影される位置に、マスクマークＭＡの数に応じて形成される。
また、上光照射部ＬＨ１と上マスクステージとの間には、上下マスクマークＭＡ１，ＭＡ２を受像するアライメント顕微鏡Ａ１が設けられている。アライメント顕微鏡Ａ１は、ハーフミラーＨＭ１とレンズ（不図示）と画像センサＣＣＤ１等から構成され、アライメント顕微鏡移動機構（不図示）により同図矢印方向（図面左右方向）に挿脱される。

図５は図４に示す両面露光装置の動作を説明する図であり、図４の両面露光装置の動作を、図５も使って簡単に説明する。
（１）まず、上マスクＭ１と下マスクＭ２の位置合せを行うために、上マスクＭ１を保持した上マスクステージと上投影レンズＬ１を、不図示の駆動機構によりＺ方向（図上下方向）に下方に移動させ、図５（ａ）に示すように、上マスクＭ１のパターンＰ１と上マスクマークＭＡ１の投影像が結像する位置が、ワークＷの裏面位置に来るようにする。これにより、上マスクマークＭＡ１の結像位置が下マスクマークＭＡ２の結像位置と一致する。なお、下マスクマークＭＡ２が、ワークＷの表面位置に結像するようにマスクステージＭＳ２と下投影レンズＬ２を移動しても良い。ここでは、上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２のＺ方向の結像位置を一致させることが重要である。

（２）アライメント顕微鏡移動機構（不図示）によりアライメント顕微鏡Ａ１を上マスクＭ１の上部に挿入する。
（３）ワークステージＷＳにワークＷがない状態で、下光照射部ＬＨ２から露光光を下マスクＭ２に照射する。露光光により照明された下マスクマークＭＡ２の像は、下投影レンズＬ２により、ワークＷの裏面位置（注：具体的な物体面があるわけではない。実際には空中である）に投影され結像する。そして、この下マスクマークＭＡ２の投影像は、ワークステージＷＳの貫通孔Ｈを通り、上投影レンズＬ１により、上マスクＭ１上に投影され結像する。
（４）アライメント顕微鏡Ａ１のＣＣＤ１により、上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２の投影像を受像して両者の位置を検出する。上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２が、あらかじめ設定した位置関係になるように、上マスクステージ移動機構と下マスクステージ移動機構により、上マスクＭ１と下マスクＭ２の一方または両方を移動させ、上マスクＭ１と下マスクＭ２の位置合わせを行う。

（５）上下マスクＭ１，Ｍ２の位置合わせが終わると、下光照射部ＬＨ２からの露光光の照射を停止する。
（６）図５（ｂ）に示すように、上記でＺ方向下方に移動させていた上マスクステージＭＳ１と上投影レンズＬ１を、ワークＷの厚み分上方に移動し、上マスクパターンＰ１と上マスクマークＭＡ１の投影像が、ワークＷの表面位置に結像するようにする。
（７）ワークステージＷＳにワークＷを置き、上下マスクＭ１，Ｍ２とワークＷの位置合せを行う。上下マスクＭ１，Ｍ２とワークＷの位置合せについては、本発明と直接関係がなく、ここでは説明を省略する。なお、上記のようなワークの両面を露光する露光装置の位置合せについて点は、特許文献１に記載されている。
（８）上下マスクＭ１，Ｍ２とワークＷの位置合せが終わると、上下光照射部ＬＨ１，ＬＨ２から露光光を照射する。上マスクパターンＰ１は上投影レンズＬ１によりワークＷの表面（第１面）に投影され結像する。下マスクパターンＰ２は下投影レンズＬ２によりワークＷの裏面（第２面）に投影され結像する。これによりワークＷの両面が同時に露光される。

特開平９−４５６０３号公報

近年は、上記のような両面露光においても、たとえば０.５μｍといった高い露光精度が要求されてきている。
従来の露光装置においては、上記したように、上下マスクＭ１，Ｍ２の位置合せとワークの露光との間で、マスクステージＭＳ１や投影レンズＬ１を機械的にＺ方向（上下方向）に移動させている。
しかし、このようにマスクステージや投影レンズを機械的に移動させると、移動機構による移動の真直度や移動の再現性の問題により、０.５μｍといった高い露光精度を達成することが難しい。
本発明は上記事情に基づきなさたれものであって、両面露光装置において、マスクステージや投影レンズをＺ方向に移動させることなく、上下マスクの位置合せとワークの露光を行えるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明においては、上下マスクのアライメントマークと露光パターンが、ワークの表面位置もしくは裏面位置に投影結像するように、各マスクステージや投影レンズを配置し、その状態で、一方の投影レンズとワークステージ（ワーク）の間であって、露光パターンの光路内に、露光パターンの結像位置をワークの厚み分だけ短くする厚みを供えた平行平板を配置する。平行平板は、露光光を透過するものであり、マスクの露光パターンの光路中のみであって、マスクマークの投影像の光路にはかからないように配置する。
すなわち、上記平行平板を挿入しない状態における一方の投影レンズ（例えば下側の投影レンズ）の結像位置はワークの一方の面（上記平行平板に対向する面の裏面側）の表面位置となり、他方の投影レンズ（例えば上側の投影レンズ）の結像位置も上記ワークの一方の表面位置となる。このため、一方の投影レンズから出射する光により投影されるマスクマーク像は上記ワークの表面位置に結像し、他方の投影レンズから出射する光により投影されるマスクマーク像も上記ワークの表面位置に結像することとなる。
また、投影レンズとワークステージの間に平行平板を配置すると、平行平板の厚さに応じた距離だけ、投影レンズの結像位置（焦点位置）が該投影レンズ側に移動するので、一方の投影レンズから出射し平行平板を介して照射される光によるマスクパターン像はワークの他方の面の表面位置（上記一方の面の裏面側、すなわち上記平行平板に対向する面）に結像する。一方、他方の投影レンズから出射する光により投影されるマスクパターン像は上記ワークの一方の面の表面位置に結像することとなる。
これにより、マスクステージや投影レンズをＺ方向に移動させることなく、上下マスクの位置合せとワークの露光を行うことができる。

すなわち、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
両面を露光するワークが保持されるワークステージと、第１のパターンと第１のアライメントマークが形成された第１のマスクを保持する第１のマスクステージと、上記第１のマスクに露光光を照射する第１の光照射部と、上記第１の光照射部からの露光光を上記第１のマスクを介して入射し、上記第１のパターンを上記ワークの第１面に投影する第１の投影レンズと、第２のパターンと第２のアライメントマークが形成された第２のマスクを保持する第２のマスクステージと、上記第２のマスクに露光光を照射する第２の光照射部と、上記第２の光照射部からの露光光を上記第２のマスクを介して入射し、上記第２のパターンを上記ワークの上記第１面とは反対側の第２面に投影する第２の投影レンズと、上記第１の光照射部または第２の光照射部からの露光光を照明光として、上記第１のアライメントマークと上記第２のアライメントマークを検出するアライメント顕微鏡とを備え、アライメント顕微鏡により検出した第１のアライメントマークと第２のアライメントマークが、あらかじめ設定した位置関係になるように、上記第１のマスクステージと上記第２のマスクステージの少なくとも一方を移動させ、上記第１のマスクと第２のマスクを位置合せする両面露光装置を以下のように構成する。
投影レンズの焦点距離をワークの厚み分投影レンズ側に移動させる平行平板を、ワークステージと上記第１の投影レンズまたは第２の投影レンズのいずれか一方の間の、投影レンズがマスクのパターンをワーク上に投影する光路内であって、アライメントマークを投影する光路を除いた光路内に配置する。

本発明においては、平行平板を、ワークステージと上記第１の投影レンズまたは第２の投影レンズのいずれか一方の間の、投影レンズがマスクのパターンをワーク上に投影する光路内であって、アライメントマークを投影する光路を除いた光路内に配置したので、マスクステージや投影レンズをＺ方向に移動させることなく、上下マスクの位置合せとワークの露光を行うことができる。このため、移動機構による移動の再現性や真直度の問題がなくなり、精度のよい露光を行うことができる。

本発明の実施例の露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す両面露光装置の動作を説明する図である。下マスクマークと下マスクパターンが投影される位置を説明する図である。従来の両面露光装置の概略構成を示す図である。図４に示す両面露光装置の動作を説明する図である。

図１は、本発明の実施例の露光装置の概略構成を示す図である。図４に示した従来の装置と同じ構成の部分については、簡単に説明する。
同図に示すように、本発明の実施例の露光装置は、上ランプハウス（上光照射部）ＬＨ１、下ランプハウス（下光照射部）ＬＨ２、上マスクＭ１を保持する上マスクステージＭＳ１、下マスクＭ２を保持する下マスクステージＭＳ２、上投影レンズＬ１、下投影レンズＬ２、ワークＷを保持するワークステージＷＳを備える。
上下光照射部ＬＨ１，ＬＨ２は、前記したように、それぞれ露光光を含む光を放射するランプ、ランプからの光を反射するミラー、露光光の照射を制御するシャッタ機構などを備える。

上マスクＭ１にはワークＷの表面（第１面）に形成する上マスクパターンＰ１と上マスクマークＭＡ１が、下マスクＭ２にはワークＷの裏面（第２面）に形成する下マスクパターンＰ２と下マスクマークＭＡ２が形成されている。
上マスクステージＭＳ１と下マスクステージＭＳ２には、それぞれ、上マスクステージ移動機構（不図示）、下マスクステージ移動機構（不図示）が取り付けられている。
ワークステージＷＳにはワークステージ移動機構（不図示）が取り付けられている。また、ワークステージＷＳには貫通孔Ｈが形成され、この貫通孔Ｈは、下マスクマークＭＡ２の像が露光光により投影される位置に、マスクマークＭＡの数に応じて形成される。
また、上光照射部ＬＨ１と上マスクステージとの間にはアライメント顕微鏡Ａ１が設けられている。アライメント顕微鏡Ａ１は、ハーフミラーＨＭ１とレンズ（不図示）と画像センサＣＣＤ１等から構成され、アライメント顕微鏡移動機構（不図示）により同図矢印方向（図面左右方向）に挿脱される。

図４に示した従来の装置と異なるのは、ワークステージＷＳと下投影レンズＬ２の間であって、下投影レンズＬ２が下マスクパターンＰ２をワークＷの裏面に投影する光路中に、ワークＷの厚み分、下投影レンズＬ２の結像位置（焦点位置）を下投影レンズＬ２側に移動させる平行平板ＰＬを配置していることである。
ワークＷは、本実施例においては水晶振動子を制作する水晶基板で、厚さは種々あるが１００μｍ〜５００μｍ程度である。
平行平板ＰＬは、露光光（本実施例においては波長３５０nｍ〜４５０nｍの範囲の紫外線）を透過するガラス板、例えば石英板である。平行平板の両面には反射防止膜を形成する。
投影レンズＬ２の光出射側に平行平板ＰＬを配置すると、平行平板ＰＬによる光線が屈折し、平行平板ＰＬの厚さの約１／３の距離分だけ、投影レンズＬ２の結像位置（焦点位置）が投影レンズＬ２側に移動する。本発明の露光装置においては、この効果を利用する。

上記について図３を用いて説明する。同図は下投影レンズＬ２の光出射側を拡大し、下マスクマークＭＡ２と下マスクパターンＰ２が投影される位置を示した図である。まず、下投影レンズＬ２の結像位置をワークＷの表面位置に設定する。この状態であれば、下光照射部ＬＨ２からの露光光により投影される下マスクＭ２のパターンＰ２の結像位置も、下マスクＭ２のアライメントマークＭＡ２の結像位置もワークＷの表面位置となる。
そして、下マスクパターンＰ２の光路中のみに、ワークＷの厚さｔの３倍の平行平板ＰＬを配置する。下マスクマークＭＡ２の光路には、この平行平板ＰＬがかからないようにする。
このようにすることで、下マスクマークＭＡ２像はワークＷの表面位置に結像し、下マスクパターンＰ２像はワークＷの裏面位置に結像する。即ち、下マスクパターンＰ２の投影像の光路のみへの平行平板ＰＬの挿入により、下マスクマークＭＡ２の結像位置と下マスクパターンＰ２の結像位置が、Ｚ方向に関して、ワークＷの厚み分異なる。

図２は図１に示す両面露光装置の動作を説明する図であり、図２（ａ）は上下マスク、上下投影レンズ、平行平板等を拡大して示した図、図２（ｂ）は、ワークステージＷＳを上側から見た図である。同図に示すように、ワークステージＷＳには、貫通孔ＨがマスクマークＭＡ１，ＭＡ２の数に応じて形成されている。貫通孔Ｈは下マスクマークＭＡ２の投影像が通過する開口である。
平行平板ＰＬは、下マスクパターンＰ１の光路を含むが、下マスクマークＭＡ２の投影像の光路にかからないような、ワークＷよりもやや大きい程度の大きさである。
なお、上投影レンズＬ１の結像位置は、ワークＷの表面位置に設定されており、上マスクマークＭＡ１像も上マスクパターンＰ１像もワークＷの表面位置に結像する。

本発明の図１の両面露光装置の動作を、図２も使って説明する。
（１）まず、上マスクＭ１と下マスクＭ２の位置合せを行う。そのためには、従来と同様に、上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２の結像位置をＺ方向に対して一致させる必要がある。しかし、本発明の装置においては、上マスクマークＭＡ１の結像位置も、下マスクマークＭＡ２の結像位置も、ワークＷの表面位置に設定されており、従来のように一方のマスクステージや投影レンズをＺ方向に移動する必要がない。
したがって、この状態でアライメント顕微鏡移動機構によりアライメント顕微鏡Ａ１を上マスクＭ１の上部に挿入する。そして、ワークステージにワークＷがない状態で、下光照射部ＬＨ２から露光光を下マスクＭ２に照射する。

（２）露光光により照明された下マスクマークＭＡ２の像は、下投影レンズＬ２により、ワークステージＷＳの貫通孔Ｈを通って、ワークＷの表面位置に投影され結像する。そして、この下マスクマークＭＡ２の投影像は、上投影レンズＬ１により、上マスクＭ１上に投影され結像する。
（３）アライメント顕微鏡Ａ１の画像センサＣＣＤ１により、上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２の投影像を受像して両者の位置を検出する。上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２が、あらかじめ設定した位置関係になるように、上マスクステージ移動機構と下マスクステージ移動機構により、上マスクＭ１と下マスクＭ２の一方または両方を移動させ、上マスクＭ１と下マスクＭ２の位置合わせを行う。

（４）上下マスクＭ１，Ｍ２の位置合わせが終わると、下光照射部ＬＨ２からの露光光の照射を停止する。
（５）従来は、次に、上マスクパターンＰ１の像はワークＷの表面に、下マスクパターンＰ２の像はワークＷの裏面に結像されるように、上下マスクＭ１，Ｍ２の位置合せのために下降させた上マスクステージＭＳ１と上投影レンズＬ１を上昇移動させた。しかし、本発明の装置においては、上マスクパターンＰ１の像はワークＷの表面位置に結像するよう設定されており、また、下マスクパターンＰ２の像は、ワークＷの厚みｔの３倍の厚さの平行平板の挿入により、ワークＷの裏面位置に結像するように設定されている。したがって、従来のように一方のマスクステージや投影レンズをＺ方向に移動する必要がない。
したがって、この状態でワークステージＷＳにワークＷを置き、ワークステージＷＳを移動させて、上下マスクＭ１，Ｍ２とワークＷの位置合せを行う。

（６）上下マスクＭ１，Ｍ２とワークＷの位置合せが終わると、上下光照射部ＬＨ１，ＬＨ２から露光光を照射する。上マスクパターンＰ１は上投影レンズＬ１によりワークＷの表面（第１面）に投影され結像する。下マスクパターンＰ２は下投影レンズＬ２により平行平板を介してワークＷの裏面（第２面）に投影され結像する。これによりワークＷの両面が同時に露光される。

以上のように、本発明の両面露光装置においては、マスクステージや投影レンズをＺ方向に移動させることなく、上下マスクの位置合せとワークの露光を行うことができる。
なお、上記実施例においては、下投影レンズＬ２の光出射側に平行平板ＰＬを配置したが、上投影レンズＬ１の光出射側に平行平板ＰＬを配置する構成にしてもよい。その場合は、上マスクマークＭＡ１と下マスクマークＭＡ２の結像位置は、ワークＷの裏面位置になるように設定することになる。

Ａ１アライメント顕微鏡
ＣＣＤ１画像センサ
Ｈ貫通孔
ＨＭ１ハーフミラー
Ｌ１上投影レンズ
Ｌ２下投影レンズ
ＬＨ１上ランプハウス（上光照射部）
ＬＨ２下ランプハウス（下光照射部）
Ｍ１上マスク
Ｍ２下マスク
ＭＡ１上マスクマーク
ＭＡ２下マスクマーク
ＭＳ１上マスクステージ
ＭＳ２下マスクステージ
Ｐ１上マスクパターン
Ｐ２下マスクパターン
ＷＳワークステージ

Claims

両面を露光するワークが保持されるワークステージと、
第１のパターンと第１のアライメントマークが形成された第１のマスクを保持する第１のマスクステージと、
上記第１のマスクに露光光を照射する第１の光照射部と、
上記第１の光照射部からの露光光を上記第１のマスクを介して入射し、上記第１のパターンを上記ワークの第１面に投影する第１の投影レンズと、
第２のパターンと第２のアライメントマークが形成された第２のマスクを保持する第２のマスクステージと、
上記第２のマスクに露光光を照射する第２の光照射部と、
上記第２の光照射部からの露光光を上記第２のマスクを介して入射し、上記第２のパターンを上記ワークの上記第１面とは反対側の第２面に投影する第２の投影レンズと、
上記第１の光照射部または第２の光照射部からの露光光を照明光として、上記第１のアライメントマークと上記第２のアライメントマークを検出するアライメント顕微鏡とを備え、
アライメント顕微鏡により検出した第１のアライメントマークと第２のアライメントマークが、あらかじめ設定した位置関係になるように、上記第１のマスクステージと上記第２のマスクステージの少なくとも一方を移動させ、上記第１のマスクと第２のマスクを位置合せする両面露光装置において、
ワークステージと上記第１の投影レンズまたは第２の投影レンズのいずれか一方の間の、投影レンズがマスクのパターンをワーク上に投影する光路内であって、アライメントマークを投影する光路を除いた光路内に、投影レンズの焦点距離をワークの厚み分投影レンズ側に移動させる平行平板を配置した
ことを特徴とする両面露光装置。