JP2020181132A - 直描式露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな構造であって低コスト化でき且つ高い生産性で露光プロセスを実行できる直描式露光装置を提供する。【解決手段】 ワーク載置部であるステージ３が多数連結され、周回機構２１により無終端状の周回路に沿って周回する。載置作業位置に達したステージ３にローダ４が未露光のワークＷを載置し、ステージ３の移動によってワークＷが露光エリアを通過する際、露光ヘッド１が露光エリアに露光パターンの光を照射してワークＷが露光される。ワークＷは吸着機構７によりステージ３に吸着され、アライメント手段により露光パターンの照射位置が補正される。露光済みのワークＷはアンローダ５により回収される。【選択図】 図１

Description

この出願の発明は、ワークに対してマスクを介さずに所定のパターンの光を照射して露光する直描式露光装置に関するものである。以下、露光における光の所定のパターンを露光パターンという。

表面に感光層が形成されている対象物を露光して感光層を感光させる露光技術は、フォトリソグラフィの主要技術として各種微細回路や微細構造の形成等に盛んに利用されている。代表的な露光技術は、露光パターンと同様のパターンが形成されたマスクに光を照射し、マスクの像を対象物の表面に投影することで露光パターンの光が対象物に照射されるようにする技術である。

このようなマスクを使用した露光技術とは別に、空間光変調器を使用して対象物の表面に直接的に像を形成して露光する技術が知られている。以下、この技術を、本明細書において、直描式露光と呼ぶ。
直描式露光において、典型的な空間光変調器はＤＭＤ(Digital Mirror Device）である。ＤＭＤは、微小な方形のミラーが直角格子状に配設された構造を有する。各ミラーは、光軸に対する角度が独立に制御されるようになっており、光源からの光を反射して対象物に到達させる姿勢と、光源からの光を対象物に到達させない姿勢とを取り得るようになっている。ＤＭＤは、各ミラーを制御するコントローラを備えており、コントローラは、露光パターンに従って各ミラーを制御し、対象物の表面に露光パターンの光が照射されるようにする。

直描式露光の場合、マスクを使用しないので、多品種少量生産において優位性が発揮される。マスクを使用した露光の場合、品種毎にマスクを用意する必要があり、マスクの保管等のコストも含めて大きなコストがかかる。また、異品種の生産のためにマスクを交換する際には、装置の稼働を停止する必要があり、再開までに手間と時間を要する。このため、生産性が低下する要因となる。一方、直描式露光の場合、品種毎に各ミラーの制御プログラムを用意しておくだけで良く、異品種の製造の際には制御プログラムの変更のみで対応できるので、コスト上、生産性上の優位性は著しい。また、必要に応じてワーク（露光対象物）毎に露光パターンを微調整することも可能であり、プロセスの柔軟性においても優れている。

このような直描式露光装置では、空間光変調器を内蔵した露光ユニットの光軸に対してワークを垂直な姿勢とするため、ワークが載置されるステージが使用される。露光ユニットは、設定されたエリア（以下、露光エリアという。）に露光パターンの光を照射するようになっており、ワークが載置されたステージは、搬送系により露光エリアを通して移動し、露光エリアを通過する際にワークが露光される。

このような直描式露光装置では、生産性を高めるため、二つのステージを搭載したツインステージの構成が採用されることが多い。特許文献１に開示された構成も、その一例である。ツインステージの構成では、露光エリアの両側にステージが配置され、ワークが載置された各ステージが交互に露光エリアを通過することで露光が行われる。この場合、露光エリアの一方の側にロード（載置）／アンロード（回収）の機構が設置され、他方の側にもロード／アンロードの機構が設置される。

特開２００８−１９１３０３号公報

上述した直描式露光装置において、ワークの両面を露光することがしばしば要求される。両面を露光する場合、直描式露光装置を二台縦設し、一台目で一方の面を露光した後、二台目で他方も面を露光する。一台目の装置と二台目の装置との間に、ワークを裏返す反転機構が設置される。
このように二台の直描式露光装置を縦設した場合、ツインステージの構成も変更される。露光エリアの一方の側はロード専用となり、他方の側はアンロード専用となる。他方の側のアンロードの機構は、露光済みのワークを反転機構に渡し、反転機構は、表裏を反転させてから二台目の直描式露光装置のロード機構に渡す。

二台のステージは、一方の側のみでワークの載置が行われるため、交互にロード位置に移動する。ロード位置でワークが載置されたステージは、露光のために露光エリアを通過して他方の側まで移動し、ワークが取り去られた後、一方の側まで戻ってきて再びワークの載置が行われる。二台のステージは、互いに干渉しないようにするため、向かい合う片持ちの構造とされる。即ち、一方のステージは、搬送方向に対して例えば左側から延びるアームで保持され、他方のステージは右側から延びるアームで保持される。アームにはそれぞれ昇降機構が連結され、一方のステージが搬送ラインに沿って移動している際には、上方又は下方に待避して干渉しないように構成される。

上記のように二台のステージを搭載したツインステージの直描式露光装置は、一台のみのステージを搭載した装置に比べて生産性は大きく向上する。しかしながら、構造的に複雑で大がかりになり易く、高コストになり易い。この問題は、一方の側をロード専用、他方の側をアンロード専用とした構成の場合に顕著である。
また、一方のステージの退避動作が完了するまでは他方のステージは搬送ライン上を進むことができないため、この部分でタクトタイムが律速されてしまうこともあり得る。こうなると、ツインステージとした優位性が阻害されてしまい、生産性が大きくは向上しないことにもなる。

この出願の発明は、このような直描式露光装置の生産性における課題を解決するために為されたものであり、シンプルな構造であって低コスト化でき且つ高い生産性で露光プロセスを実行できる直描式露光装置の提供を目的としている。

上記課題を解決するため、この出願の直描式露光装置は、板状又はシート状のワークに対してマスクなしに所定のパターンの光を照射して露光する直描式露光装置であって、設定された露光エリアに所定のパターンの光を照射する露光ヘッドと、露光エリアを通してワークを搬送する搬送系とを備えている。ワーク搬送系は、露光エリアを通過する際に露光ヘッドの光軸に対して垂直で平坦な姿勢であるワーク載置部を無終端状の周回路に沿って周回させる周回機構と、ワーク載置部に未露光のワークを載置するローダと、露光済みのワークをワーク載置部から回収するアンローダとを備えている。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置は、ローダが未露光のワークを載置する載置作業位置と露光エリアとの間の周回路上においてワークの状態を検出する位置にアライメント用センサが設けられており、露光ヘッドによる所定のパターンの光の照射位置をアライメント用センサからの信号により補正するアライメント手段が設けられているという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、アライメント手段は、周回路上を移動中のワークの状態を検出したアライメント用センサからの信号により照射位置を補正する手段であり得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置は、露光ヘッドが露光パターンを形成する投影光学系を含んでおり、載置作業位置と露光エリアとの間の周回路上には、ワーク載置部に載置されたワークまでの距離を計測するオートフォーカス用センサが設けられており、オートフォース用センサによる計測結果に従って投影光学系を制御するオートフォーカス手段が設けられているという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、オートフォーカス手段は、周回路上を移動中のワークまでの距離を計測したオートフォーカス用センサからの信号に従って投影光学系を制御する手段であり得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置は、ワーク載置部に載置されたワークを少なくとも露光エリアを通過する際に当該ワーク載置部に吸着する吸着機構を備え得る。
また、上記課題を解決するため、この直描式露光装置は、アライメント用センサで状態が検出されたワークを少なくとも当該検出の時点から露光エリアを通過するまでワーク載置部に吸着する吸着機構を備え得る。

以下に説明する通り、この出願の直描式露光装置によれば、無終端状の周回路に沿って周回するステージが載置作業位置に位置した際にステージへのワークの載置動作が行われて当該ステージが露光エリアを通過する際に露光が行われ、その後回収作業位置に達した際に当該ステージからワークが回収されるというシンプルな動作を行うシンプルな構成であるので、装置コストの低減が可能となる。また、タクトタイムを律速するのは露光ユニットにおける露光となり、ワークの搬送動作によって律速されることはない。このため、高い生産性で露光プロセスを実行できる実用的な装置が提供される。
また、載置作業位置と露光エリアとの間の周回路上においてワークの状態を検出してそれに応じて露光パターンの照射位置を補正するようにすると、ワーク載置部にワークがずれて配置されても正しい位置に露光パターンの光が照射される。このため、より位置精度の高い露光が行える。
また、アライメント手段が、周回路上を移動中のワークの状態を検出したアライメント用センサからの信号により露光パターンの照射位置を補正する手段であると、ワークの状態の検出のために周回機構の動作を停止する必要がなく、露光ユニットの制御が煩雑にならない。
また、載置作業位置と露光エリアとの間の周回路上でワークまでの距離をオートフォーカス用センサが計測してその結果で投影光学系をオートフォーカス制御する構成では、ワークに対してより鮮明な露光パターンが照射されるので、より精度の高い露光が行えるようになる。この際、周回路上を移動中のワークまでの距離をオートフォーカス用センサが計測する構成では、距離の計測のために周回機構の動作を停止する必要がなく、露光ユニットの制御が煩雑にならない。
また、ワーク載置部に載置されたワークを少なくとも露光エリアを通過する際に当該ワーク載置部に吸着する構成では、ワークに反り等の変形があった場合でも変形が解消された状態で露光がされる。このため、より精度の高い露光処理が行えるようになる。
また、アライメント用センサによる状態検出の時点から露光エリアを通過するまでワークがワーク載置部に吸着される構成では、搬送の途中で位置がずれてしまうことで露光パターンの照射位置の精度が低下してしまうことがなくなる。このため、この点でより精度の高い露光処理が行えるようになる。

実施形態の直描式露光装置の正面概略図である。 実施形態の直描式露光装置の平面概略図である。 実施形態の直描式露光装置における露光ユニットの概略図である。 露光エリアについて示した斜視概略図である。 搬送系が備える周回機構の斜視概略図である。 各ステージの連結構造について示した斜視概略図である。 吸着機構によるワークの吸着について示した側断面概略図である。

次に、この出願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１及び図２は、実施形態の直描式露光装置の概略図であり、図１は正面概略図、図２は平面概略図である。図１及び図２に示す直描式露光装置は、露光エリアに露光パターンの光を照射する露光ユニット１と、露光エリアを通してワークＷを搬送する搬送系２とを備えている。
ワークＷは、この実施形態では板状となっている。より具体的には、この実施形態では、直描式露光装置はプリント基板製造用の装置となっており、したがってワークＷはプリント基板用の基板である。プリント基板についてはシート状の柔らかい基板も知られているが、この実施形態ではポリイミド等の樹脂で形成されたリジッドな基板となっている。

図３は、実施形態の直描式露光装置における露光ユニット１の概略図である。図３に示すように、露光ユニット１は、光源１１と、光源１１からの光を空間的に変調する空間光変調器１２と、空間光変調器１２により変調された光による像を露光エリアに投影する光学系（以下、投影光学系）１３とを備えている。

光源１１は、ワークＷにおける感光層の感光波長に応じて最適な波長の光を出力するものが使用される。レジストフィルムの感光波長は可視短波長域から紫外域である場合が多く、光源１１としては、４０５ｎｍや３６５ｎｍのような可視短波長域から紫外域の光を出力するものが使用される。また、空間光変調器１２の性能を活かすには、コヒーレントな光を出力するものであることが好ましく、このためレーザー光源が好適に使用される。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体レーザーが使用される。

空間光変調器１２としては、この実施形態ではＤＭＤが使用されている。前述したように、ＤＭＤでは、各画素は微小なミラー（図２中不図示）である。ミラー（以下、画素ミラーという。）は、例えば１３．６８μｍ角程度の正方形のミラーであり、多数の画素ミラーが直角格子状に配列された構造とされる。配列数は、例えば１０２４×７６８個である。

空間光変調器１２は、各画素ミラーを制御する変調器コントローラ１２１を備えている。実施形態の直描式露光装置は、全体を制御する主制御部９を備えている。変調器コントローラ１２１は、主制御部９からの信号に従い各画素ミラーを制御する。尚、各画素ミラーは、各画素ミラーが配列された平面を基準面とし、この基準面に沿った第一の姿勢と、この基準面に対して例えば１１〜１３°程度に傾いた第二の姿勢とを取り得るようになっている。この実施形態では、第一の姿勢がオフ状態であり、第二の姿勢がオン状態である。
空間光変調器１２は、各画素ミラーを駆動する駆動機構を含んでおり、変調器コントローラ１２１は、各画素ミラーについて、第一の姿勢を取るのか第二の姿勢を取るのかを独立して制御できるようになっている。このような空間光変調器１２は、テキサス・インスツルメンツ社から入手できる。

図３に示すように、露光ユニット１は、このような空間光変調器１２に光源１１からの光を照射する照射光学系１４を備えている。この実施形態では、照射光学系１４は光ファイバ１４１を含んでいる。より高い照度で像形成を行うため、一つの露光ユニット１は複数の光源１１を備えており、各光源１１について光ファイバ１４１が設けられている。光ファイバ１４１としては、例えば石英系のマルチモードファイバが使用される。

ＤＭＤである空間光変調器１２を使用して精度の良い像形成を行うためには、平行光を入射させて各画素ミラーに反射させるのが望ましく、また各画素ミラーに対して斜めに光を入射させることが望ましい。このため、照射光学系１４は、図３に示すように、各光ファイバ６１から出射して広がる光を平行光にするコリメータレンズ１４２と、空間光変調器１２に光を斜めに入射させるための反射ミラー１４３とを備えている。「斜めに」とは、空間光変調器１２の基準面に対して斜めにということである。基準面に対する入射角でいうと、例えば２２〜２６°程度の角度とされる。

投影光学系１３は、二つの投影レンズ群１３１，１３２と、投影レンズ群１３１，１３２の間に配置されたマイクロレンズアレイ（以下、ＭＬＡと略す。）１３３等から構成されている。ＭＬＡ１３３は、より形状精度の高い露光を行うため、補助的に配置されている。ＭＬＡ１３３は、微小なレンズを直角格子状に多数配列した光学部品である。各レンズ素子は、空間光変調器１２の各画素ミラーに１対１で対応している。

上述した露光ユニット１において、光源１１からの光は、光ファイバ１４１で導かれた後、照射光学系１４により空間光変調器１２に入射する。この際、空間光変調器１２の各画素ミラーは、変調器コントローラ１２１により制御され、形成すべき露光パターンに応じて選択的に傾斜した姿勢とされる。即ち、形成すべき露光パターンに従い、光を露光エリアに到達させるべき位置に位置している画素ミラーは第二の姿勢（オン状態）とされ、それ以外の画素ミラーは、第一の姿勢（オフ状態）とされる。オフ状態の画素ミラーに反射した光は露光エリアに到達せず、オン状態の画素ミラーに反射した光のみが到達する。このため、所定の露光パターンの光が露光エリアに照射される。

主制御部９からは、所定の露光パターンが達成されるよう各変調器コントローラ１２１に制御信号が送られる。制御信号は、各画素ミラーを駆動するシーケンスである。主制御部９には、所定の露光パターンを達成するため、各変調器コントローラ１２１に送る各シーケンスを含むプログラム９１が主制御部９の記憶部９００に記憶されている。以下、このプログラムを露光パターンプログラム９１という。露光パターンプログラム９１は、どのような回路をワークＷに形成するかという設計情報を元に予め作成され、主制御部９の記憶部９００に記憶されている。

このような露光ヘッド１は、複数設けられている。図２に示すように、この実施形態では８個の露光ヘッド１が設けられている。８個の露光ヘッド１により、全体として一つの露光パターンが形成される。尚、各露光ヘッド１は、同じ構成である。
露光エリアについて、図４を参照して補足する。図４は、露光エリアについて示した斜視概略図である。図４において、１個の露光ヘッド１で光が照射され得る領域（以下、個別エリアという。）Ｅが四角い枠で示されている。個別エリアＥの集まりが、露光エリアである。

ワークＷは図４中矢印で示す方向（搬送方向）に移動しながら、各個別エリアＥで光照射を受ける。この際、二列の露光ヘッド１は互いにずれて配置されているので、搬送方向に垂直な水平方向においても、隙間無く露光が行われる。
実際には、各個別エリアＥ内は、微小な照射パターン（以下、微小パターンという。）の集まりとなっている。１個の微小パターンは、１個の画素ミラー３１によるパターンである。ステージ３に載置されたワークＷがステージ３の移動に伴って露光エリアを移動するが、その移動のタイミングに合わせて所定のシーケンスで微小パターンのオンオフがされる。これにより、所望の露光パターンがワークＷに形成される。

次に、搬送系２について説明する。
この実施形態の直描式露光装置の大きな特徴点は、ワークＷが載置される部材（ワーク載置部）を無終端状の周回路に沿って周回させる周回機構２１を採用している点である。具体的に説明すると、この実施形態では、ワーク載置部はステージ３となっている。ステージ３は、高さの低い台状の部材である。周回機構２１は、図１に示すように、鉛直な面内でステージ３を周回させる機構である。

図５は、搬送系２が備える周回機構２１の斜視概略図である。図６は、各ステージの連結構造について示した斜視概略図である。以下の説明において、周回路のうち、各ステージ３の進行方向を前後方向とし、これに垂直な水平方向を左右方向とする。
図１及び図５に示すように、多数のステージ３が無終端状の周回路に沿って並べられている。図５では図示が省略されているが、図６に示すように各ステージ３は連結具３１によって互いに連結されている。各ステージ３は、前後に連結部３２を有している。各連結部３２は、ステージ３から前方、後方に延びる部位である。連結部３２は左右に設けられており、計四つ設けられている。連結具３１は、この実施形態では連結ピンとなっている。各連結部３２はピン挿通孔が形成されており、ピン挿通孔に連結ピンを挿通することで各ステージ３は連結されている。
各ステージ３において、後ろ側の連結部３２は一対のものであり、前側の連結部３２は１個のものである。各ステージ３は、前側の連結部３２が前方のステージ３の後ろ側の連結部３２の間に挿入されており、その状態で連結具３１により連結されている。

図５に示すように、周回機構２１は、一対の駆動輪２２と一対の従動輪２３とを備えている。一対の駆動輪２２は、周回路において前側に配置されている。一対の駆動輪２２は、左右に延びる駆動軸２２１に固定されており、駆動軸２２１には、不図示の駆動源が接続されている。一対の従動輪２３は、周回路において後ろ側に配置されている。一対の従動輪２３は、左右に延びる従動軸２３１に固定又は連結されている。

各ステージ３は、左右方向の側部に複数の噛み合い孔３４が形成されている。図５に示すように、各駆動輪２２及び各従動輪２３は、ギヤ状となっており、噛み合い歯を有する。各噛み合い孔３４は各噛み合い歯に適合する寸法形状となっている。一対の駆動輪２２が不図示の駆動源によって駆動されて回転すると、各噛み合い歯が各噛み合い孔３４に順次噛み合い、連結されている各ステージ３を周回路に沿って移動させる。この際、従動輪２３の各噛み合い歯も各噛み合い孔３４に順次噛み合いながら従動する。このようにして、各ステージ３は周回路に沿って周回する。

一方、図１及び図２に示すように、周回機構２１の後方にはローダ４が設けられており、周回機構２１の前方にはアンローダ５が設けられている。ローダ４は、ワークＷをステージ３に載置する機構であり、アンローダ５は、露光されたワークＷをステージ３から回収する機構である。

ローダ４が設置された場所には、搬入コンベア４０が位置している。ローダ４は、吸着パッド４１を有する搬入ハンド４２と、搬入ハンド４２を上下及び前後左右に移動させる搬入側ハンド駆動機構４３とを備えている。吸着パッド４１は、下方に向いた姿勢で複数設けられており、真空吸引によりワークＷを吸着して保持することが可能となっている。
アンローダ５が設置された場所には、次の工程にワークＷを送るための搬出コンベア５０が位置している。アンローダ５も、ローダ４と同様、吸着パッド５１を有する搬出ハンド５２と、搬出ハンド５２を上下及び前後左右に移動させる搬出側ハンド駆動機構５３とを備えている。

上記説明から解るように、各ステージ３は周回機構２１によって周回するが、ワークＷがステージ３に載置されているのは、図１に示す周囲路のうちの上側部分を移動している間である。この間にワークＷは露光エリアを通過し、露光が行われる。以下、この周回路の上側部分を主搬送路と呼ぶ。また、ローダ４がワークＷの載置動作を行う位置を載置作業位置と呼び、アンローダ５がワークＷの回収動作を行う位置を回収作業位置と呼ぶ。

尚、周回機構２１による各ステージ３の周回移動の速度は、各露光ユニット１が行う露光によって律速される速度である。即ち、上述したように、各露光ユニット１のために各露光パターンプログラム９１が実装されているが、ここでの各画素ミラーのオンオフのシーケンスは、ワークＷが一定の速度で移動することを前提としている。そして、その速度は、必要な露光量との関係で予め定められており、それを前提に各露光パターンプログラム９１がプログラミングされている。そして、周回機構２１に対しては、この一定の速度で周回を行うよう制御信号が送られる。

このような実施形態の直描式露光装置は、露光処理のパターン精度を高めるための手段が設けられている。具体的には、露光エリアに搬送される際のワークＷの状態に応じて露光パターンを補正するアライメント手段と、投影光学系１３を制御して露光パターンを鮮明にするオートフォーカス手段とが設けられている。
まず、アライメント手段について説明すると、アライメント手段として、プリアライメント手段と、本アライメント手段とを含んでいる。プリアライメント手段は、本アライメントのためにワークＷの載置位置を調整する手段である。本アライメント手段は、ワークＷの状態に応じて露光パターンを補正する手段である。

図１に示すように、主搬送路上には、アライメント用センサが設けられている。この実施形態では、アライメント用センサは、撮像素子６１となっている。ワークＷにはアライメントマークが複数設けられており、各アライメントマークを撮像する位置にそれぞれ撮像素子６１が設けられている。

プリアライメント手段は、この実施形態では機構的にアライメントを行う手段となっている。プリアライメントの目的は、ワークＷが主搬送路上に沿って搬送された際、各アライメントマークが撮像素子６１の視野（撮像可能範囲）に入るようにすることである。図示は省略されているが、プリアライメント手段は、所定の位置に所定の姿勢で固定された当て板を含んでいる。当て板は、例えば９０度を成す帯板状の部材であり、幅方向を鉛直方向にして配置される。プリアライメントは、搬入ハンド４２を使用して行われる。即ち、搬入ハンド４２は、ワークＷを保持した際、当て板に当接させ、その状態でワークＷを所定の位置関係で保持し直す。これによりプリアライメントが行われる。

尚、図１に示すように、撮像素子６１は、主搬送路の上方に位置している。この位置は、主搬送路上を移動してきたワークＷのアライメントマークが視野に入る位置である。言い換えれば、主搬送路上を移動した際にアライメントマークが撮像素子６１の視野の範囲内に入るようにワークＷがプリアライメント手段によりプリアライメントされるということである。

本アライメントは、撮像素子６１からワークＷの状態を判断し、それに応じて露光パターンを変更する動作である。「ワークＷの状態」には、各露光ユニット１に対するワークＷの位置が含まれる。即ち、ワークＷが露光エリアを通過する際、その位置に応じて露光パターンの形成位置（露光パターンの光の照射位置）を変更する。つまり、露光エリアを通過する際のワークＷの位置が基準位置からどの程度どの方向にずれているかを撮像素子６１からのデータで判断し、それに合わせて露光パターンの形成位置を変更する。露光パターンの形成位置の変更は、露光パターンプログラム９１の変更（書き換え）という形で行われる。本アライメント手段は、主制御部９に実装された露光パターン書き換えプログラム６２を含んでいる。露光パターン書き換えプログラム６２は、各撮像素子６１からのデータを処理し、露光パターンの形成位置を算出してその結果で露光パターンプログラム９１を書き換えるようプログラミングされている。尚、撮像素子６１は、主搬送路上を移動中のワークＷのアライメントマークを撮像するので、実際には、動画データの中から適宜の静止画のデータを抽出し、それを処理することでワークＷの位置の基準位置からのずれが求められる。

主制御部９には、装置の各部を所定のシーケンスで動作させるための露光シーケンスプログラム９０が実装されている。露光パターン書き換えプログラム６２は、各撮像素子６１から信号が出力されるたびに露光シーケンスプログラム９０から呼び出されて実行される。

次に、オートフォーカス手段について説明する。
オートフォーカス手段は、オートフォーカス用センサ６３と、オートフォーカス用センサから６３の信号に応じて投影光学系３の制御信号を生成するオートフォーカスプログラム６４とを備えている。オートフォーカス手段は、露光エリアを通過する際の投影光学系１３からワークＷまでの距離（光軸方向の距離）に応じて投影光学系１３を制御する手段である。この実施形態では、オートフォーカス用センサ６３は、露光エリアの手前の主搬送路上に配置された距離計である。レーザー干渉を利用するレーザー距離計等が、オートフォーカス用センサ６３として使用される。オートフォーカス用センサ６３は、主搬送路の上方に配置されており、露光エリアに達する少し手前の位置でワークＷとの距離を計測する。

主制御部９には、投影光学系１３に含まれる各投影レンズ群１３１，１３２の焦点距離とオートフォーカス用センサ６３からの信号に応じて各投影レンズ群１３１，１３２の配置位置を決定するオートフォーカスプログラム６４が実装されている。オートフォーカスプログラム６４は、オートフォーカス用センサ６３からの信号が主制御部９に入力されるたびに露光シーケンスプログラム９０によって呼び出されて実行される。オートフォーカスプログラム６４の実行結果は、各投影レンズ群１３１、１３２の配置位置のデータであり、露光シーケンスプログラム９０はこれを制御信号として投影光学系１３に送る。投影光学系１３は、各投影レンズ群１３１，１３２の配置位置を変更する不図示の駆動機構を含んでおり、送られた制御信号に従って各投影レンズ群１３１，１３２の配置位置が変更される。

このような実施形態の直描式露光装置は、少なくともワークＷが露光エリアを通過する際にワークＷをワーク載置部に吸着する吸着機構７を備えている。吸着機構７は、吸着ボックス７１と、吸着ボックス７１内を排気する排気系７２とを備えている。
図７は、吸着機構７によるワークＷの吸着について示した側断面概略図である。
図１に示すように、吸着ボックス７１は、周回路内に配置されており、主搬送路の下側に位置している。吸着ボックス７１の長さは、載置作業位置と露光エリアを少し過ぎた位置との間に亘る長さとなっている。

各吸着ステージ３は、多数の真空吸着孔３０を有している。図７に示すように、吸着ボックス７１は、上側が開口となっており、主搬送路に位置した吸着ステージ３の下側でほぼ閉じた空間を形成するものとなっている。吸着ボックス７１は、排気ブロア又は排気ポンプ等の排気源に排気管を介して接続されており、排気源が動作すると、吸着ボックス７１内は負圧（真空）となる。このため、上側に位置するステージ３上のワークＷは、当該ステージ３に吸着される。
各ステージ３は、主搬送路上を移動するため、吸着ボックス７１の上端と各ステージ３の下面との間には、隙間Ｃが形成されている。この隙間Ｃは、１〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。５ｍｍより大きいと、十分な負圧が得られず、ワークＷの吸着が不十分となる。１ｍｍより小さいと、周回機構２１の構成として非常に高い精度が要求されてしまい、不必要に高価な機構となってしまう。

尚、この実施形態の直描式露光装置は、ワークＷの両面に露光を行うプロセスに使用されており、次の工程は、反対側の面の露光となっている。したがって、図１に示すように、搬出コンベア５０に隣接して反転機８１が設置されている。反転機８１は、ワークＷを上下に挟持し、上下を逆転させる機構である。そして、反転機構８１の先には、同様の構成を有する別の直描式露光装置が設置されている。

このような直描式露光装置は、クリーンルーム内に設置されることが想定されているが、この実施形態では特にクリーンベンチ機構８２とともに設置されている。クリーンベンチ機構８２は、装置の上方に配置され、清浄なエアをダウンフローさせる機構となっている。この点は、搬送系２が駆動輪２２や従動輪２３のような機構的な駆動部分や連結部分を含んでおり、発塵がし易いことを考慮したものである。発塵がし易い箇所は、搬送されるワークＷよりも下方に位置しているため、上方からのフローによって塵がワークＷに付着しないようにしている。

次に、実施形態の直描式露光装置の動作について説明する。
実施形態の直描式露光装置において、装置の稼働中、周回機構２１は、各ステージ３を定速で周回させている。ここでの定速は、上述したように各露光ユニット１による各露光との関係で律速される速度である。
ワークＷが搬入コンベア４０で載置作業位置に運ばれると、ローダ４がワークＷをステージ３に載置する。この際、プリアライメント手段が動作し、ワークＷのプリアライメントを行う。このため、プリアライメントされた状態でステージ３に載置される。尚、図１に示すように、この実施形態では、搬送方向におけるワークＷの長さは、同方向におけるステージ３の長さよりも短くなっている。このため、ワークＷは、前後の複数のステージ３にまたがって載置される。

ステージ３に載置されたワークＷは、周回機構２１によるステージ３の移動によって主搬送路に沿って搬送される。そして、撮像素子６１の下方を通過した際、撮像素子６１によってアライメントマークが撮像される。また、オートフォーカス用センサ６３の下方を通過した際、オートフォーカス用センサ６３がワークＷとの距離を計測する。
そして、撮像素子６１の出力は主制御部９に入力され、露光パターン書き換えプログラム６２が実行されて各露光パターンプログラム９１が書き換えられる。また、オートフォーカス用センサ６３の出力も主制御部９に入力され、制御信号が各投影光学系１３に送信されて各投影レンズ群１３１，１３２の配置位置が調整される。

この状態で、当該ワークＷが露光エリアに達すると、各露光パターンプログラム９１により各露光ユニット１内の空間光変調器１２が制御され、露光エリアをワークＷが通過する際に所定の露光パターンで露光が行われる。引き続き周回機構２１は定速で動作を続け、ワークＷは露光エリアを過ぎて回収作業位置に達すると、そのタイミングでアンローダ５が動作し、ワークＷを搬出ステージ３から回収して搬出コンベア５０に移載する。そして、搬出コンベア５０はワークＷを反転機構８１に搬出し、反転機構８１はワークＷを裏返して保持し直し、裏側の面の露光のため、隣接している不図示の別の直描式露光装置に送る。

一方、搬入コンベア４０には次のワークＷが搬入されており、並行して同様の動作が繰り返される。即ち、プリアライメントをした上でのステージ３への載置、主搬送路上を移動しながらの撮像素子６１による撮像とオートフォーカス用センサ６３による距離計測、そして露光エリアを通過する際の露光が同様に行われる。このようにして周回機構２１が一連のステージ３を定速で周回させながら、ローダ４が一つずつワークＷを載置し、各ワークＷは露光エリアを順次通過して露光が行われる。

実施形態の直描式露光装置では、上記のように無終端状の周回路に沿ってステージ３が周回し、ステージ３が載置作業位置に位置したタイミングで当該ステージ３へのワークＷの載置動作が行われる。そして、当該ステージ３が露光エリアを通過する際に露光が行われ、その後、回収作業位置に達した際に当該ステージ３からワークＷが回収される。このようなシンプルな動作を行うシンプルな機構であるので、装置コストの低減が可能となる。また、タクトタイムを律速するのは各露光ユニット１における露光であって、ワークＷの搬送動作によって律速がされることはない。このため、高い生産性で露光プロセルを実行できる実用的な装置が提供される。

尚、撮像素子６１の撮像結果による露光パターンプログラム９１の書き換えは、撮像素子６１がワークＷの検出をした時点で位置がずれていれば、露光エリアを通過する際にも同様にずれているという前提に立っている。この場合、撮像素子６１による撮像位置でのずれ（量と方向）と露光エリアを通過する際のずれとが全く同じであるとして補正を行う場合もあるが、再現性のある異なるずれであるとして補正をする場合もある。即ち、検出素子６１によるずれが露光エリアを通過する際の相関性を予め調べておき、それを考慮して露光パターンプログラムを書き換える場合もある。
上記の点は、オートフォーカス手段についても同様である。オートフォーカス用センサ６３が計測した距離をそのまま使用して投影光学系１３を制御する場合の他、距離の変化に再現性があるとして制御する場合もあり得る。即ち、オートフォーカス用センサ６３の下方を通過する際の距離と露光エリアを通過する際の距離に相違があるが、その相違の仕方に再現性があれば、それを予め調べておき、それを加味してオートフォーカス用の制御信号を生成する場合もあり得る。

上記の例では、本アライメントは、露光パターンの光の照射位置のアライメント（位置合わせ）であったが、露光パターンの形状自体を補正することもあり得る。例えば、ワークＷの形状が多少歪んでいる際にその歪みに合わせて最適な露光パターンで露光を行うこともあり得る。ワークＷの歪みは、複数のアライメントマークを撮像してその画像データを処理することで判断でき、その結果に従って露光パターン書き換えプログラム６２が露光パターンプログラム９１を書き換えるようにする。歪みの他、ワークＷの寸法が多少異なっている場合にそれに対応して露光パターンを補正することもあり得る。ワークＷの寸法が基準値と異なっていることは、複数のアライメントマークを撮像して両者の距離を基準値と比較することで知り得る。したがって、その結果で露光パターン書き換えプログラム６２が露光パターンの拡大又は縮小を行い、その上で露光を行うこともあり得る。
また、図１ではオートフォーカス用センサ６３は１個のみ示されているが、実際には、複数個のオートフォーカス用センサ６３が設けられている。各オートフォーカス用センサ６３による距離の計測結果が異なる場合があり得るが、その場合は、計測点の間の距離については計測結果から演算（例えば平均を取る）により算出する。

尚、上記実施形態において、ステージ３に対してワークＷを吸着する吸着機構７が設けられている点は、ワークＷの位置ずれを防止して位置精度の高い露光を可能にする意義がある。即ち、撮像素子６１がアライメントマークを撮像した後にワークＷがずれると露光位置の精度低下に直結するが、この実施形態ではワークＷはステージ３に吸着されているので、そのような問題はない。したがって、ワークＷの吸着は、少なくとも撮像素子６１によるアライメントマークの検出位置と露光エリアとの間においてされていれば足りる。但し、プリアライメントの後に位置ずれが生じてアライメントマークが撮像素子６１の検出可能範囲を外れてしまうとアライメント不能になってしまうので、プリアライメントの作業位置から露光エリアとの間においてワークＷの吸着がされることがより好ましい。

さらに、ワークＷの吸着は、ワークＷに反り等がある場合にも形状精度の高い露光を可能にする意義もある。例えば、ワークＷがリジッドなプリント基板である場合、僅かな反り等の変形が生じている場合もある。この場合、ワークＷがステージ３に対して十分な力で吸着されていると、ステージ３に対する密着によって変形が解消し、その状態で露光が行える。このため、変形に関わらず露光精度が低下することがなくなる。この目的では、少なくとも露光領域を通過する際、ワークＷはステージ３に吸着されていれば足りる。

尚、ワークＷにアライメントマークが形成されていない場合もあり、撮像素子６１がアライメントマーク以外のものを撮像する場合もあり得る。例えば、アライメントマークは、ワークＷ上に既に形成されている回路パターンを撮像してアライメント用の信号を出力する場合や、ワークＷ自体の輪郭を撮像してアライメント用の信号を出力する場合もあり得る。

上記実施形態では、ワーク載置部としてステージ３が使用されたが、この点は柔軟性のない部材とすることで露光精度を高める意義がある。ワーク載置部は、露光の際にワークＷの姿勢を最適な姿勢となるようにする部材であるから、ワークＷが露光エリアを通過する際に露光ヘッドの光軸に対して垂直で平坦な姿勢である必要がある。このためには、柔軟性のない部材を採用し、周回の際に光軸に対して垂直となるように周回機構２１を構成することが簡便である。即ち、柔軟性のない部材であるステージ３をワーク載置部として採用することは、露光の際のワークＷの姿勢を保持するために構成をシンプルにする意義がある。

柔軟性のある部材とワーク載置部として使用することも可能であり、例えばフレキシブルなベルトのワーク載置部として使用することもできる。ステンレスのようなスチール製の搬送用のベルトが市販されており、発塵も少ないので好適に使用することができる。この他、フッ素樹脂のような樹脂製の搬送ベルトも使用され得る。

周回機構２１における駆動輪２２や従動輪２３の構成としては、前述したように噛み合い歯による噛み合いの他、摩擦力によってワーク載置部を周回させる構成もあり得る。上記柔軟性のある部材をワークの場合に、特にあり得る構成である。さらに、駆動部分とワーク載置部との間の力の伝達については、磁力を使用する場合もあり得る。即ち、駆動輪とワーク載置部とを磁力でカップリングさせておき、駆動輪を回転させることでワーク載置部を周回させる構成も採用され得る。

尚、露光エリアにおいて露光ヘッドの光軸に対して垂直で平坦な姿勢とするには、周回機構２１においてテンション調整をすることが好ましい。例えば、上記のようなフレキシブルな部材をワーク載置部として使用する場合、露光エリアを通過する際に弛みが生じると、ワークＷの姿勢が変化してしまい露光精度が低下してしまう。したがって、少なくとも露光エリアを通過する際にはワーク載置部に適度なテンションが印加されていることが好ましい。このための構成としては、従動輪２３に対して適度な逆向きのトルクを与えることで達成できる。即ち、駆動輪２２が回転してワーク載置部を引っ張る際に従動輪２３に逆向きのトルクを与え、それに抗して駆動輪２２が回転するように構成する。

上記構成は、ステージ３のような柔軟性のないワーク載置部を連結した構造の場合にも効果的である。柔軟性のない部材を連結した構造では、連結部分でバックラッシュがあり得る。このバックラッシュの影響で露光エリアにおいてワーク載置部が僅かに傾いてしまい、そのために露光精度が低下してしまう場合があり得る。これを防止するには、同様に従動輪２３に逆向きのトルクを印加し、両側からワーク載置部を引っ張った状態とすれば良い。

尚、上述した直描式露光装置の動作において、周回機構２１は定速で各ステージ３を周回させており、装置が正常に動作している間は特に移動が停止するということはない。但し、必要に応じて適宜のタイミングで停止するシーケンスが採用されることもあり得る。例えば、ワークＷをプリアライメントしてのステージ３への載置の際、停止していた方がやり易い場合があり、その場合には周回機構２１の動作を一時的に停止することもあり得る。プリアライメントされた状態でワークＷを載置した後、周回機構２１は動作を再開する。また、撮像素子６１による撮像の際にも停止していた方が良い場合もあり、その場合には移動を一時的に停止する場合もある。このように移動を一時的に停止する場合、そのタイミングではワークＷは露光エリアに位置しないようにする。露光エリアに位置してしまうと、露光時間（光量）の制御が難しくなるからである。逆に言えば、ワークＷが停止しない構成は、露光ユニット１における空間光変調器１２の制御が煩雑にならないという意義を有する。

上記実施形態において、アライメントの構成は適宜変更される。例えば、プリアライメントだけで必要な位置精度が確保される場合、本アライメントは行われず、撮像素子６１等は設けられない。
また、オートフォーカス手段についても、搬送系２の精度が十分に高ければ不要とされることもあり得る。即ち、投影光学系１３の焦点深度や必要な露光コントランスとの関係で、搬送系２がワークＷを十分に水平に搬送できる機構であれば、オートフォーカス手段が不要とされることもあり得る。

尚、上記実施形態では複数の露光ユニット１が設けられていたが、露光ユニット１が１個のみの場合もあり得る。また、片面のみの露光プロセスの場合、反転機構８１は設けられず、隣接した別の直描式露光装置も設けられない。
また、ワークＷとしては、リジッドな板状の他、フレキシブルなシート状の部材である場合もある。典型的にはフレキシブルプリント基板である。
さらに、露光プロセスとしてはプリント基板のような回路形成を目的とする場合以外に、ＭＥＭＳのように機構的な微細構造を造り込む目的で露光が行われる場合もあり、上記構成の直描式露光装置はこのような種々の用途に利用され得る。

１ 露光ユニット
２ 搬送系
２１ 周回機構
２２ 駆動輪
２３ 従動輪
３ ステージ
４ ローダ
５ アンローダ
６１ 撮像素子
６２ 露光パターン書き換えプログラム
６３ オートフォーカス用センサ
６４ オートフォーカスプログラム
７ 真空吸着機構
７１ 吸着ボックス
８１ 反転機構
８２ クリーンベンチ機構
９ 主制御部
９０ 露光シーケンスプログラム
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. 板状又はシート状のワークに対してマスクなしに所定のパターンの光を照射して露光する直描式露光装置であって、
   設定された露光エリアに所定のパターンの光を照射する露光ヘッドと、
   露光エリアを通してワークを搬送する搬送系と
   を備えており、
   ワーク搬送系は、
   露光エリアを通過する際に露光ヘッドの光軸に対して垂直で平坦な姿勢であるワーク載置部を無終端状の周回路に沿って周回させる周回機構と、
   ワーク載置部に未露光のワークを載置するローダと、
   露光済みのワークをワーク載置部から回収するアンローダと
   を備えていることを特徴とする直描式露光装置。
2. 前記ローダが未露光のワークを載置する載置作業位置と前記露光エリアとの間の前記周回路上においてワークの状態を検出する位置にアライメント用センサが設けられており、
   前記露光ヘッドによる前記所定のパターンの光の照射位置をアライメント用センサからの信号により補正するアライメント手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の直描式露光装置。
3. 前記アライメント手段は、前記周回路上を移動中の前記ワークの状態を検出した前記アライメント用センサからの信号により前記照射位置を補正する手段であることを特徴とする請求項２記載の直描式露光装置。
4. 前記露光ヘッドは、前記所定のパターンの光を形成する投影光学系を含んでおり、
   前記載置作業位置と前記露光エリアとの間の前記周回路上には、ワーク載置部に載置された前記ワークまでの距離を計測するオートフォーカス用センサが設けられており、
   オートフォース用センサによる計測結果に従って投影光学系を制御するオートフォーカス手段が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の直描式露光装置。
5. 前記オートフォーカス手段は、前記周回路上を移動中の前記ワークまでの距離を計測した前記オートフォーカス用センサからの信号に従って前記投影光学系を制御する手段であることを特徴とする請求項４記載の直描式露光装置。
6. 前記ワーク載置部に載置された前記ワークを少なくとも前記露光エリアを通過する際に当該ワーク載置部に吸着する吸着機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の直描式露光装置。
7. 前記アライメント用センサで状態が検出された前記ワークを少なくとも当該検出の時点から前記露光エリアを通過するまで前記ワーク載置部に吸着する吸着機構を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の直描式露光装置。

Images