JP2017215535A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺基板に対し、基板の送り量を高精度に測定し、また、基板の平面性を確保した状態で基板の両面にパターンを描画する露光装置を提供する。【解決手段】光変調素子アレイを含む第１露光手段２３と、長尺基板の長さ方向の一部を平面状に保持する第１基板保持手段２４と、長尺基板の長さ方向に第１露光手段２３と第１基板保持手段２４とを相対移動させる第１相対移動手段２５と、長尺基板の搬送経路を折り返させる折り返し手段３０と、光変調素子アレイを含む第２露光手段４３と、長尺基板の長さ方向の一部を平面状に保持する第２基板保持手段４４と、長尺基板の長さ方向に第２露光手段４３と第２基板保持手段４４とを相対移動させる第２相対移動手段４５とを備える露光装置。【選択図】図１

Description

本発明は、供給リールから繰り出されて巻取リールに巻き取られる長尺基板の搬送中に、その長尺基板の両面にパターンを描画する露光装置に関する。

一般的に、携帯電話やモバイル機器等に用いられる電子回路基板（プリント回路基板）のベース素材として、例えば、厚みが０．１ｍｍ以下で長さが５００ｍｍ以上（例えば１００ｍ）の長尺基板（感光性長尺フィルム）をロール状にしたものが使用される。近年、このような長尺基板に対して、転写マスクを使わず描画光を直接基板に照射してパターンを描画するダイレクト露光装置（マスクレス露光装置）が求められている。

長尺基板にパターンを描画するダイレクト露光装置としては、例えば特許文献１のような露光装置が知られているが、このような露光装置では、長尺基板の片面にしかパターンを露光できず、露光が終わった基板のロールを取り外し、投入側に再設置して露光工程をもう１度行う必要があり、生産性が低い。一方で、ダイレクト露光装置を用いて長尺基板の両面に電子回路を形成するために、特許文献２にあるように基板の両面に対して描画光を照射してパターンを形成する露光装置が検討されている。

特開２００６−１０２９９１号公報 特開２００５−１２１９５９号公報

特許文献２の露光装置は、基板の両面に描画光を照射するという構造上、露光範囲をカバーするサイズの露光ステージを設けることができないという問題がある。露光ステージは基板の送り量を高精度に測定する、また、基板の平面性を高める、という役割を持ち、露光ステージなしでは基板に高精度なパターンを描画することは困難である。

本発明は、以上の課題に基づき、長尺基板に対し、基板の送り量を高精度に測定し、更に、基板の平面性を確保した状態で基板の両面にパターンを描画するダイレクト露光装置を得ることを目的とする。

露光装置が、光変調素子アレイを備え、長尺基板の第１面に光変調素子アレイにより変調したパターン光を照射する第１露光部と、長尺基板の長さ方向の一部を平面状に保持する第１露光ステージと、長尺基板の長さ方向に、第１露光部と第１露光ステージとを相対移動させる第１相対移動手段と、長尺基板の搬送経路を折返す折返し手段と、光変調素子アレイを備え、長尺基板の第２面に光変調素子アレイにより変調したパターン光を照射する第２露光部と、長尺基板の長さ方向の一部を平面状に保持する第２露光ステージと、長尺基板の長さ方向に、第２露光部と第２露光ステージとを相対移動させる第２相対移動手段と、を備える。このような露光装置とすることで、露光ステージを用いて長尺基板の両面を露光することができる。また、第１露光部と第２露光部とが、それぞれ下方向にパターン光を照射するので、長尺基板の両面に同じ条件でパターンを露光することができる。

また、第１相対移動手段と第２相対移動手段とが、第１露光ステージと第２露光ステージとを、同期して長尺基板の長さ方向に沿った相反する方向にそれぞれ移動させるとともに、第１露光部と第２露光部とが、第１露光ステージと第２露光ステージの移動に応じて、長尺基板に照射するパターン光をそれぞれ変調する。更に、長尺基板を送り出す基板供給手段を備え、基板供給手段が、第１露光ステージの移動に同期して長尺基板を送り出す速度を調整し、同様に、長尺基板を巻取る基板巻取り手段を備え、基板巻取り手段が、第２露光ステージの移動に同期して長尺基板を巻取る速度を調整する。これによって、基板のバッファ部を設けなくとも長尺基板を搬送できるので、ロールエンド付近等の長尺基板の両面にパターンを露光できない無駄な領域を少なくすることができる。

また、基板供給手段と基板巻取り手段とが露光装置の同一サイドに設けられているので、ロールチェンジ等の段取り作業の効率が向上する。

また、第１相対移動手段と第２相対移動手段とが同じ高さに設けられているいるので、装置の高さを抑えることができ、コンパクトな露光装置を実現できる。

本発明の露光装置によれば、長尺基板に対し、基板の送り量を高精度に測定するとともに、基板の平面性を確保した状態で基板の両面にパターンを描画することができる。

本発明による露光装置の全体構成を示す正面図である。 本発明による露光装置の全体構成を示す平面図である。 本発明によるダイレクト露光装置の露光ヘッドの構成を示す正面図である。

図１は、本発明によるロールトゥロール方式のダイレクト露光装置である露光装置１の全体構成を示す正面図である。また、図２は露光装置１の全体構成を示す平面図である。なお、図２では長尺基板（ワーク）Ｗの一部を透視し（波線部）、本来は長尺基板Ｗに隠れる部分が見えるように描かれている。

露光装置１は、長尺基板Ｗの搬送経路に沿って順に、長尺基板Ｗの供給と巻取りをするリール駆動部１０と、長尺基板Ｗの第１面にパターンを露光して電子回路を形成する第１露光処理部２０と、搬送経路を折返す折返し部３０と、長尺基板Ｗの第２面にパターンを露光して電子回路を形成する第２露光処理部４０とを備えている。ここで長尺基板Ｗの第１面とはリール駆動部１０の供給リール１１から巻き出された基板の上面側を意味し、第２面とは供給リール１１から巻き出された基板の下面側を意味する。

長尺基板Ｗはフォトレジストなどの感光材料が塗布された銅張積層板などによるシート状の基板であり、数十〜数百メートルの長さを有する。露光後に現像やエッチング、裁断等の工程を経ることで、ＦＰＣ基板の基材となる。

リール駆動部１０は、供給リール（基板供給部）１１、巻取りリール（基板巻取り手段）１２、ガイドローラ１３を備え、不図示の駆動系を用いて供給リール１１および巻き取りリール１２を回転駆動させる。それ以外にも、長尺基板Ｗの端面位置を検知するセンサや、長尺基板Ｗに掛かるテンションを調整する機構等を備えてもよい。

リール駆動部１０と第１露光処理部２０の間には、長尺基板Ｗの搬送方向を９０°変更するガイドローラ１４、基板を制動（保持）する基板制動ローラ１６、基板端面を検知するエッジセンサ２１、長尺基板Ｗの搬送方向を９０°変更するとともにエッジセンサ２１の出力に従って基板端面位置を調整する補正ローラ１５、が設けられている。

第１露光処理部２０は、露光ステージ２４（第１露光ステージ）、一対のアライメントカメラ２２（図２参照）及び第１露光ユニット（露光部）２３を備え、長尺基板の第１面にパターンを露光する。ここで、露光処理部２０における長尺基板Ｗの移動方向（搬送方向）をＸ方向、長尺基板Ｗと直交する方向（厚さ方向）をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向と定義する。

第１露光ユニット２３は、複数の露光ヘッド（図示せず）を備え、長尺基板Ｗから所定距離だけ鉛直上方に離れた場所に規則的に配置されている。

図３は１つの露光ヘッドの構成を示す概略図である。光源（水銀ランプ等）ＯＰ１から出た光は、照明光学系ＯＰ２及び折り返しミラーＯＰ３を介して平行光となって光変調素子アレイＯＰ４に入射する。光変調素子アレイＯＰ４は、例えば複数のマイクロミラーを２次元配列させたＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）である。光変調素子アレイＯＰ４で変調された光（ＵＶ）は、結像光学系ＯＰ５によって長尺基板上に結像する。また、露光ヘッドは光軸方向に沿って結像位置を調整する合焦光学系ＯＰ６を備えている。

ＤＭＤを用いてパターンを多重露光する技術は、例えば特開２００３−０８４４４４号公報に開示され、広汎に実用化されている周知技術である。また、複数ヘッドを用いて１つのパターンを描画する技術は、例えば特開２００３−１９５５１２号公報に開示され、広汎に実用化されている周知技術である。

露光ステージ２４は、長尺基板Ｗの裏面を吸着（例えば真空吸着）して平面状に保持するもので、Ｘ方向及びＺ方向に自在に移動可能である。すなわち、架台ＢＦ上に、Ｘ方向に延びるガイドレールに移動自在に支持されたステージ移動部（第１相対移動手段）２５が設けられ、露光ステージ２４を昇降させる昇降部２６が支持されている。ステージ移動部２５にはリニアスケールやレーザ変位計等のステージ移動部２５の位置を測定する手段（図示せず）が設けられており、露光ステージ２４の移動量（すなわち長尺基板Ｗの送り量）を正確に測定することができる。

露光ステージ２４は、昇降部２６によって、長尺基板Ｗの裏面に接触する上端位置と、長尺基板Ｗの裏面と離間する下端位置との間を昇降する。ステージ移動部２５は、Ｘ方向に正逆（下流方向と上流方向）に移動可能である。ステージ移動部２５は、長尺基板Ｗの長さ方向に露光ステージ２４と露光ユニット２３を相対移動させる相対移動手段を構成している。露光ステージ２４が一度に長尺基板Ｗを吸着保持可能な範囲（面積）は、例えば６２０（Ｘ）×５２０（Ｙ）ｍｍである。

一対のアライメントカメラ２２は、露光ユニット２３より上流側に設置され、長尺基板Ｗに設けられたアライメントマーク（図示せず）を撮像する。各アライメントカメラ２２が撮像した画像は、画像処理部（図示せず）によって画像処理され、長尺基板Ｗと露光ユニット２３との位置合わせ時の補正量算出に用いられる。

折返し部（折返し手段）３０には、ガイドローラ３１および３３と、基板を制動する基板制動ローラ３２とが設けられる。ガイドローラ３１および３３が長尺基板Ｗを９０°ずつ折り曲げるので、折返し部３０の前後では長尺基板Ｗの搬送方向が１８０°反転する。それに伴い、折返し部３０以降は長尺基板Ｗの第１面が下面側となり、第２面が上面側となる。

折返し部３０と露光処理部４０の間では、長尺基板Ｗは架台（ベース部）ＢＦの内部に設けられた通路を通って搬送される。また、折返し部３０と露光処理部４０との間には、ガイドローラ１６と、長尺基板Ｗの搬送方向を９０°変更し基板を制動するガイドローラ１７と、基板端面を検知するエッジセンサ４１と、長尺基板Ｗの搬送方向を９０°変更するとともにエッジセンサ２１の出力に従って基板端面位置を調整する補正ローラ１５、が設けられる。

第２露光処理部４０は、露光ステージ４４（第２露光ステージ）、一対のアライメントカメラ４２（図２参照）及び第２露光ユニット（露光部）４３を備え、長尺基板の第２面にパターンを露光する。

アライメントカメラ４２、第２露光ユニット４３、露光ステージ４４、ステージ移動部４５、昇降部４６は、それぞれ第１露光処理部２０のアライメントカメラ２２、第１露光ユニット２３、露光ステージ２４、ステージ移動部２５、昇降部２６と同様の機能を持っている。一方で、第１露光処理部２０と第２露光処理部４０とは、長尺基板の搬送方向が相違している。

すなわち、第１露光処理部２０と第２露光処理部４０は、Ｘ方向に相反するように対称な配置であり、Ｘ方向に相反するように動作する。例えば図１を用いて説明すると、第１露光処理部２０の露光ステージ２４が左方向に移動しながら長尺基板Ｗの第１面に走査露光を行う際に、第２露光処理部４０の露光ステージ４４は右方向に移動しながら長尺基板Ｗの第２面に走査露光を行う。

また、本発明の露光装置では、各部の長尺基板Ｗの搬送速度を合わせて露光動作を行なう。例えば、供給リール１１は露光ステージ２４の移動と同期して基板の巻出しを行う。これは供給リール１１の長尺基板Ｗの残量に応じて、リール回転速度を常時調整することで実現する。露光ステージ４４の移動と巻取りリール１２の巻出しとの関係も同様である。更に、露光ステージ２４と露光ステージ４４も同様に同期して動作する。

このように搬送速度を合わせ、各部が同期して長尺基板Ｗを搬送することにより、長尺基板Ｗのロールエンド付近に発生する、基板両面にパターン露光をすることができない領域（段取りのための捨て領域）を短くすることができる。

また、本発明の露光装置では同一の架台ＢＦに設けられた同じ高さのベース上にステージ移動部２５とステージ移動部４５を設置している。このような構成にしたことにより、露光装置の構成がシンプルとなり、露光装置がコンパクトになる。

また、本発明の露光装置では折返し部３０を設ける構造上、供給リール１１と巻取りリール１２とが露光装置の同じサイド（図１では露光装置の右端部）に配置される。このような配置により、リールの交換が容易になり、生産性が向上する。

次に、本発明の露光装置の動作について説明する。露光装置１の動作は、長尺基板Ｗを搬送する搬送ステップと、長尺基板Ｗの搬送を停止し次の搬送ステップの準備を行う準備ステップとを交互に実施する。

搬送ステップでは、リール駆動部が供給リール１１と巻取りリール１２の回転速度を制御し、所定の速度で長尺基板Ｗの送り出しと巻取りを行う。また、露光ステージ２４と４４が長尺基板Ｗを吸着した状態でＸ方向に移動しながら、準備ステップでのアライメント結果に従って補正した描画データを用いて、第１露光ユニット２３と第２露光ユニット４３が長尺基板の第１面と第２面にパターンを露光する。なお、搬送ステップ中は基板制動ローラ１６と３２は制動を解除する。

準備ステップでは、リール駆動部が供給リール１１と巻取りリール１２を停止し、基板制動ローラ１６と３２とを制動状態にする。露光ステージ２４と４４の基板吸着を解除し、昇降部を下降、させて露光ステージと長尺基板Ｗとを離間させる。次に、露光ステージ２４、４４を走査開始位置まで戻し、昇降部を上昇させる。基板制動ローラ１６と３２が制動を解除するとともに、露光ステージ２４、４４が長尺基板Ｗの吸着を行う。露光ステージとリール駆動部を駆動させながらアライメントカメラ２２と４２がアライメントマークの撮像し、描画データの位置補正処理を行う。その後、長尺基板Ｗがパターン露光開始位置に来るように露光ステージ２４、４４の位置を調整する。

以上の２つのステップを繰り返すことで、長尺基板Ｗの両面にパターンを形成することができる。

以上の実施形態では図１を用いて説明したが、図１と基板の搬送方向が異なる場合でも本発明を適用する事ができる。例えば、第１露光処理部２０と第２露光処理部４０とを入れ替え、長尺基板Ｗの搬送方向を反転させてもよい。その場合、供給リール１１と巻取りリール１２の役割も入れ替えればよい。あるいは、リール駆動部１０が露光装置の左端部に来るように、図１の鏡像関係となる構成としてもよい。

また、以上の実施形態では、第１露光処理部と第２露光処理部を同一高さとして説明したが、露光装置のＸ方向長さを短縮するために露光処理部がＺ方向に一部重なるように配置してもよい。

また、長尺基板の搬送経路の各部に、必要に応じてダンサーローラ等の基板バッファを設けてもよい。この場合、長尺基板のロールエンド付近の両面露光できない領域が大きくなるが、各部の同期に関して条件を緩和する事ができ、搬送エラー要因を減らすことができる。

以上に説明したように、本発明に係る露光装置によれば、長尺基板に対し、露光ステージを用いることで、基板の送り量を高精度に測定し、また、基板の平面性を確保した状態で基板の両面にパターンを描画する露光装置を得ることができる。

１ 露光装置
１０ リール駆動部
１１ 供給リール
１２ 巻取りリール
２０ 第１露光処理部
２２ アライメントカメラ
２３ 第１露光ユニット
２４ 露光ステージ
３０ 折返し部
４０ 第２露光処理部
４２ アライメントカメラ
４３ 第２露光ユニット
４４ 露光ステージ
ＢＦ 架台
Ｗ 長尺基板

Claims (7)

1. 光変調素子アレイを備え、長尺基板の第１面に前記光変調素子アレイにより変調したパターン光を照射する第１露光部と、
   前記長尺基板の長さ方向の一部を平面状に保持する第１露光ステージと、
   前記長尺基板の長さ方向に、前記第１露光部と前記第１露光ステージとを相対移動させる第１相対移動手段と、
   前記長尺基板の搬送経路を折返す折返し手段と、
   光変調素子アレイを備え、前記長尺基板の第２面に前記光変調素子アレイにより変調したパターン光を照射する第２露光部と、
   前記長尺基板の長さ方向の一部を平面状に保持する第２露光ステージと、
   前記長尺基板の長さ方向に、前記第２露光部と第２露光ステージとを相対移動させる第２相対移動手段と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１露光部と前記第２露光部とが、それぞれ下方向に前記パターン光を照射することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１相対移動手段と前記第２相対移動手段とが、前記第１露光ステージと前記第２露光ステージとを、同期して前記長尺基板の長さ方向に沿った相反する方向にそれぞれ移動させるとともに、
   前記第１露光部と前記第２露光部とが、前記第１露光ステージと前記第２露光ステージの移動に応じて、前記長尺基板に照射するパターン光をそれぞれ変調することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
4. 前記長尺基板を送り出す基板供給手段を備え、
   前記基板供給手段が、前記第１露光ステージの移動に同期して前記長尺基板を送り出す速度を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
5. 前記長尺基板を巻取る基板巻取り手段を備え、
   前記基板巻取り手段が、前記第２露光ステージの移動に同期して前記長尺基板を巻取る速度を調整することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記基板供給手段と前記基板巻取り手段とが露光装置の同一サイドに設けられていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１相対移動手段と前記第２相対移動手段とが同じ高さのベース部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置。

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