JP3345178B2 - 露光における位置合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は露光技術においてフォト
マスクと基板とを位置合わせするための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばプリント回路基板上に導電パター
ンを形成したり、フラットディスプレイ用ガラス基板上
に電極を形成したりする際、光露光技術を利用すること
により、フォトマスクに描かれたパターンが基板の感光
膜表面に転写される。

【０００３】この露光に際しては、基板とフィルムフォ
トマスクとが相互に適正に位置合わせされることが重要
である。そのため、基板およびフォトマスクのそれぞれ
には互いに対応する複数個の位置合わせマークが設けら
れており、対になったマークどうしを位置合わせするこ
とにより、基板とフォトマスクとの適正な位置合わせが
行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】実際には、ある対のマ
ークどうしの位置を合わせると、他の対のマークどうし
の位置が許容範囲を越えてずれてしまうという事態が生
ずる。その原因としては、位置合わせマークを形成する
際の加工誤差、熱処理による基板の伸縮、周囲の温度ま
たは湿度の変化によるフォトマスクの伸縮などが考えら
れ、これらの原因が複合的に重なって位置ずれを起こ
す。これらの原因は、工程管理をきびしくすることによ
り、ある程度は抑えることができるが、それは大幅なコ
ストアップを招くため、現実的な解決方法ではない。そ
こで、かかる場合には、不良製品を発生させないため、
それぞれの対における位置合わせマーク相互間の位置ず
れ量が許容範囲内で平均化されるよう、基板とフォトマ
スクとを位置合わせしていた。

【０００５】しかしながら、基板が大きくなるほど位置
ずれの原因の影響も大きくなる。その結果、位置ずれ量
も大きくなり、平均化された位置ずれ量が許容範囲を越
えやすい。また、高密度、高精度のパターンを露光する
場合にも、位置ずれ量が許容範囲を越えやすい。一方、
基板の大型化およびパターンの高密度・高精度化の要請
は近年の傾向である。一般に、基板とフォトマスクとの
位置合わせ精度は数μｍないし数１０μｍのオーダーで
要求されるが、約５０ｃｍ角以上の大型基板では、位置
ずれ量が数１０μｍないし数１００μｍのオーダーに達
する。

【０００６】そこで、それぞれのマーク対における位置
ずれ量を平均化する方法では対処しきれない場合には、
フォトマスクのパターン作画時のスケーリングを変更し
て対応することが多い。しかしながら、このような修正
方法は時間がかかる。また、基板１枚ごとあるいはロッ
トごとに変形量が異なるため、かかる修正による対応は
煩雑をきわめることになる。

【０００７】そこで本発明の課題は、大型基板や高密度
・高精度を要求される基板に対し、許容範囲内でフォト
マスクを位置合わせできる確率が従来に比べて格段に高
く、しかも煩雑な手続きを必要としない位置合わせ装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、露光における位置合わせ装置であ
って、パターンが描かれ且つ周縁に複数の第１の位置合
わせマークと複数の第２の位置合わせマークとを有する
フィルムフォトマスクと、前記フイルムフォトマスクの
第１の位置合わせマークに対応する複数の位置合わせマ
ークを有し、露光光源側にてフイルムフォトマスクに対
向して配置される透明なゲージ板と、感光膜を備え且つ
前記フィルムフォトマスクの第２の位置合わせマークに
対応する複数の位置合わせマークを有する基板を、露光
光源と反対側にてフィルムフォトマスクに対向して配置
させるための基板ホルダと、前記フイルムフォトマスク
の周縁に接続され、該周縁に引張力を加えることにより
フィルムフォトマスクを弾性的に伸長させるための複数
個のアクチュエータと、前記フィルムフォトマスクを支
持し且つ該フィルムフォトマスクをその面内でＸＹθ方
向に移動可能なステージと、前記フィルムフォトマスク
の第１の位置合わせマークと前記ゲージ板の位置合わせ
マークとの間の位置ずれ量および前記フィルムフォトマ
スクの第２の位置合わせマークと前記基板の位置合わせ
マークとの間の位置ずれ量を検出するための検出装置
と、を備えることを特徴とする露光における位置合わせ
装置が提供される。

【０００９】前記フィルムフォトマスクの第１の位置合
わせマークおよび前記ゲージ板の位置合わせマークは、
前記基板の外周の外側に位置するように設けることが好
ましい。

【００１０】

【作用】本発明の位置合わせ装置を利用して基板とフィ
ルムフォトマスクとを適正に位置合わせするには、ま
ず、透明なゲージ板を適所に保持し、固定する。次に、
ゲージ板に対して露光光源と反対側にフィルムフォトマ
スクを配置する。フィルムフォトマスクの周縁には複数
個のアクチュエータが接続される。これらのアクチュエ
ータはステージ上に固定されている。ゲージ板とフィル
ムフォトマスクとは、互いに接触または近接して対向す
るように配置される。このとき、フィルムフォトマスク
の複数の第１の位置合わせマークとゲージ板の複数の位
置合わせマークとのそれぞれ対応するマークどうしの位
置が、ほぼ重なり合った状態となるようにする。フィル
ムフォトマスクには、基板に転写すべきパターンならび
に第１および第２の位置合わせマークが描かれている。
同時に作画されるこれらのパターンおよびマークは、フ
ィルムフォトマスクが伸長せしめられたときに所定の大
きさのパターンおよび所定の長さのマーク間距離が得ら
れるよう、最終的に使用されるときの大きさよりもやや
小さいスケーリングで描かれている。

【００１１】次に、検出装置によって、フィルムフォト
マスクの第１の位置合わせマークとゲージ板の位置合わ
せマークとの間の位置ずれ量をそれぞれのマーク対ごと
に検出する。検出された位置ずれ量に基づき、フィルム
フォトマスクの周縁に接続された複数のアクチュエータ
を個別に作動させてフィルムフォトマスクを弾性的に伸
長させるとともに、ステージを操作してフィルムフォト
マスクをその面内でＸＹθ方向に移動させる。フィルム
フォトマスクの弾性的伸長やＸＹθ方向への移動によ
り、マスク上の位置合わせマークも移動する。

【００１２】これらの操作により、フィルムフォトマス
クの第１の位置合わせマークは、ゲージ板の位置合わせ
マークに対して、それぞれのマーク対ごとに位置合わせ
される。このようにしてマークの位置合わせが完了した
時点で、フィルムフォトマスク上にやや小さく描かれた
パターンは、最終的に使用される大きさにまで伸長され
たことになる。また、周囲の温度または湿度の変化によ
るフォトマスクの伸縮など、フィルムフォトマスクに起
因する位置ずれ要因は、この時点で解消されることにな
る。

【００１３】なお、本発明に関し、「マークが位置合わ
せされる」ということは、「マークどうしが一致する」
ことのみならず、「マーク間の位置ずれ量が、あらかじ
め決定された所定値以内になる」ことをも含む。つま
り、前者の場合は、後者における所定値がゼロとなる場
合と考えることができる。

【００１４】次に、感光膜を有する基板を基板ホルダ上
に保持させる。このとき、フィルムフォトマスクの複数
の第２の位置合わせマークと基板の複数の位置合わせマ
ークとのそれぞれ対応するマークどうしの位置が、ほぼ
重なり合った状態となるようにする。

【００１５】次いで検出装置により、フィルムフォトマ
スクの第２の位置合わせマークと基板の位置合わせマー
クとの間の位置ずれ量をそれぞれのマーク対ごとに検出
する。検出は、透明なゲージ板を通して光学的におこな
うことができる。検出された位置ずれ量に基づき、ステ
ージを操作してフィルムフォトマスクをその面内でＸＹ
θ方向に移動させる。フィルムフォトマスクのＸＹθ方
向への移動により、フィルムフォトマスクの第２の位置
合わせマークは基板の位置合わせマークに対して、それ
ぞれのマーク対ごとに位置合わせされる。このようにし
て、熱処理による基板の伸縮など、基板に起因する位置
ずれの要因も解消される。

【００１６】以上の操作をおこなった後、光源から光
（紫外線）を照射し、透明なゲージ板を通してフィルム
フォトマスクのパターンを基板上に露光転写する。

【００１７】

【実施例】図３には本発明による位置合わせ装置に用い
られるゲージ板１、フィルムフォトマスク２および基板
３の一例が示されている。

【００１８】ゲージ板１は、ガラス板のような透明の板
であり、その周縁には複数の位置合わせマーク４が描か
れている。環状に配置されたマーク４は、基板３の外周
よりも外側に位置している。ゲージ板１は、位置合わせ
のときにフィルムフォトマスク２上のパターンが所定の
大きさに伸長されたかどうかを正確にチェックするマス
タゲージの役割をするものなので、位置合わせマーク４
は、フィルムフォトマスクのパターン作画に関連した設
計値に対して精度高く描かれる。

【００１９】フィルムフォトマスク２の中央部には、感
光面を有する基板３上に転写すべきパターン５が描かれ
ている。また、フィルムフォトマスク２の周縁には、複
数の第１の位置合わせマーク６と複数の第２の位置合わ
せマーク７とが描かれている。第１の位置合わせマーク
６は、ゲージ板１の位置合わせマーク４に対応するよう
に環状に配置されており、基板３の外周よりも外側に位
置している。第２の位置合わせマーク７は、基板３の４
つのコーナーに形成された位置合わせマーク８と対応す
るように描かれている。

【００２０】フィルムフォトマスク２をゲージ板１に位
置合わせするための多数の位置合わせマーク４、６はす
べて基板３の外周より外側にあり、フォルムフォトマス
ク２を基板３に位置合わせするための位置合わせマーク
７、８は基板３の４つのコーナーの位置にのみ形成して
いるので、ゲージ板１、フィルムフォトマスク２および
基板３の三者を重ね合わせたとき、基板３の面内に入る
のは４つのコーナーのマーク７、８のみである。したが
って、基板３の感光面上では、この４つのコーナー領域
を除くすべての領域が、パターンの転写に利用できるこ
とになる。フラットディスプレイを製作する場合、基板
３の周縁にくしの歯状のリードパターンを形成すること
が要求される。このような場合には、基板３の周縁領域
がほぼすべてパターン形成に利用できることに大きな意
義がある。

【００２１】フィルムフォトマスク２の第１の位置合わ
せマーク６および第２の位置合わせマーク７は、フィル
ムフォトマスク２が伸長されたときに、それぞれゲージ
板１の位置合わせマーク４および基板３の位置合わせマ
ーク８と位置合わせされるようになされている。典型的
には、フィルムフォトマスク２の第１および第２の位置
合わせマーク６、７は、それぞれゲージ板１の位置合わ
せマーク４および基板３の位置合わせマーク８よりもや
や内側に配置されている。

【００２２】第１および第２の位置合わせマーク６、７
と同時にフィルムフォトマスク２に作画されるパターン
５もまた、フィルムフォトマスク２が伸長されたときに
初めて、露光時に使用される所定の大きさとなるよう、
あらかじめ縮小したスケーリングで描かれている。フィ
ルムフォトマスク２が伸長されていないときの位置合わ
せマーク６、７相互間の距離およびパターン５の寸法
は、典型的には、伸長されたときの諸寸法に対して９
９．９９％ないし９９．８０％とされる。これに対し、
ゲージ板１および基板３上の位置合わせマーク４、８
は、設計値どおりの寸法間隔で形成される。

【００２３】フィルムフォトマスク２の周縁には、フィ
ルムフォトマスク２を引っ張って弾性的に伸長させるた
めのアクチュエータ９（図２）の先端フックが係合する
ためのスロット１０が多数形成されている。

【００２４】それぞれの位置合わせマークの態様につい
て例を挙げれば、例えばゲージ板１の位置合わせマーク
４を、透光領域中の円形非透光マーク（直径０．２ｍｍ
ないし２．０ｍｍ）として形成し、フィルムフォトマス
ク２の位置合わせマーク６、７を、非透光領域中の円形
透光マーク（直径０．６ｍｍないし５．０ｍｍ）とし、
基板３の位置合わせマーク８を、透光領域内の円形非透
光マーク（０．２ｍｍないし２．０ｍｍ）とすることが
できる。もちろん、他の形状および他の寸法のマークを
種々の位置で利用することが可能である。

【００２５】図１および図２はそれぞれ本発明による位
置合わせ装置の一実施例の側断面図および平面図である
が、図２では、フィルムフォトマスク２から光源側に向
かって見た状態を示している。図１に示すように、ゲー
ジ板１はフレーム１１に固定された状態で露光光源側に
配置される。フレーム１１には、マークの位置ずれ検出
装置としてのＣＣＤカメラ１２も取り付けられている。

【００２６】フレーム１１には、一つのＸ軸方向移動機
構１３および二つのＹ軸方向移動機構１４のそれぞれの
一端が取り付けられており、これらの移動機構の他端は
ステージ１５に取り付けられている。また、ステージ１
５の周辺にはアクチュエータ９が並んで配置されてい
る。それぞれのアクチュエータ９からは３本のフック１
６が延びており、これらのフック１６がフィルムフォト
マスク２のスロット１０内に入り込んでいる。アクチュ
エータ９が作動され、フィルムフォトマスク２は軽い張
力を加えられた状態でアクチュエータ９により保持され
る。

【００２７】Ｘ軸方向移動機構１３およびＹ軸方向移動
機構１４は、典型的にはネジ機構とされる。これらの移
動機構１３、１４を操作することにより、ステージ１５
ひいてはフィルムフォトマスク２は、その面内でＸ軸方
向、Ｙ軸方向およびθ方向（回転方向）に移動すること
ができる。

【００２８】また、複数のアクチュエータ９はそれぞれ
個別に作動することができ、それによってフィルムフォ
トマスク２は自由に伸長変形することもできる。

【００２９】図１の実施例では、フィルムフォトマスク
２は平面性を容易に維持するためにゲージ板１に接して
配置されているが、わずかな距離をもって近接配置され
るようにしてもよい。

【００３０】露光されるべき基板３は、基板ホルダ１７
上に運ばれ、該基板ホルダ１７に形成された真空吸引孔
１８を通しての真空吸引作用により、感光膜面をおもて
にしてホルダ１７上に吸着保持される。ピストンシリン
ダ機構１９を作動させることにより、基板３はホルダ１
７とともにフィルムフォトマスク２に近づき、これに近
接した位置に対向配置される。

【００３１】ゲージ板１、フィルムフォトマスク２およ
び基板３の位置合わせは、次の順序でおこなわれる。ま
ず、ゲージ板１の位置合わせマーク４とフィルムフォト
マスク２の第１の位置合わせマーク６とのそれぞれ対応
するマークどうしの位置がほぼ重なり合うようにフィル
ムフォトマスク２の位置を調整する。次に、ＣＣＤカメ
ラ１２によって、重なったマーク４および６を同時に読
み取る。読み取ったデータの映像信号はプロセッサによ
って演算処理され、それぞれのマーク対における位置ず
れ量が算出される。

【００３２】算出された位置ずれ量に基づき、まずＸ軸
方向移動機構１３およびＹ軸方向移動機構１４を操作し
てフィルムフォトマスク２をＸＹθ方向に移動させるこ
とにより、それぞれのマーク対における位置ずれ量が最
小となるように位置合わせをおこなう。

【００３３】次に、再度ＣＣＤカメラ１２を用いてそれ
ぞれのマーク対における位置ずれ量を算出し、その数値
に基づいてアクチュエータ９を個別に操作することによ
りフィルムフォトマスク２を伸長させ、それぞれのマー
ク対における位置ずれ量が最小となるようにする。

【００３４】この一連の操作を１回ないし数回繰り返す
ことにより、ゲージ板１の位置合わせマーク４とフィル
ムフォトマスク２の第１の位置合わせマスク６とは高い
精度で位置合わせすることができる。

【００３５】次に基板３とフィルムフォトマスク２との
位置合わせをおこなう。基板３を基板ホルダ１７に吸着
保持してフィルムフォトマスク２に対して近接配置する
作業はこの段階でおこなえばよい。フィルムフォトマス
ク２の第２の位置合わせマーク７が基板３の位置合わせ
マーク８とほぼ重なり合う状態となるようにした後、Ｃ
ＣＤカメラ１２を用いてマーク７とマーク８とを同時に
読み取り、それぞれのマーク対における位置ずれ量を算
出する。ゲージ板１は透明なので、ＣＣＤカメラ１２に
よる読み取りはゲージ板１を通して支障なくおこなうこ
とができる。

【００３６】算出された位置ずれ量のデータに基づいて
Ｘ軸方向移動機構１３およびＹ軸方向移動機構１４を操
作し、フィルムフォトマスク２をＸＹθ方向に移動させ
ることにより、それぞれのマーク対における位置ずれ量
が最小になるようにする。

【００３７】以上のようにして位置合わせが完了した
ら、露光光源側から光（紫外線）を照射し、フィルムフ
ォトマスク２上に描かれたパターン５を基板３上の感光
面に転写する。

【００３８】なお、ＣＣＤカメラ１２を設置するにあた
っては、例えばＸＹ方向に移動可能なステージ上に１台
または２台のカメラを設け、これらのカメラによって各
マーク対を順次検出するようにすることができる。この
カメラを支持するステージは、フレーム１１に取り付け
てもよいし、ステージ１５に取り付けるようにしてもよ
い。

【００３９】熱処理による基板の伸縮が大きい場合、設
計値に対して精度よく描かれたゲージ板の位置合わせマ
ークにフィルムフォトマスクの第１の位置合わせマーク
を位置合わせすると、フィルムフォトマスクの第２の位
置合わせマークを基板の位置合わせマークにうまく位置
合わせできないことがある。このような場合、基板の伸
縮量をあらかじめ見込んだうえで、ゲージ板とフィルム
フォトマスクとの位置合わせをするとよい。すなわち、
基板の伸縮量は、受ける熱処理の内容によって経験的に
又は理論的にある程度正確に把握することができるの
で、あらかじめ求めた基板の伸縮量から基準値を設定
し、フィルムフォトマスクの第１の位置合わせマークと
ゲージ板の位置合わせマークとの間の位置ずれ量がこの
基準値に合致するよう、両者の位置合わせをすればよ
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータを用い
てフィルムフォトマスクを弾性的に伸縮可能とすること
により、作画誤差や温度・湿度変化による伸縮誤差など
を容易に修正することができので、フォトマスクパター
ンを高い精度で基板に転写することができる。

【００４１】また、基準となるゲージ板をフィルムフォ
トマスクに重ねて利用することにより、常にフィルムフ
ォトマスクの精度を検査し、修正を加えることができる
ので、高い作業効率性のもとで安定した品質の製品を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ装置の一実施例の側断
面図。

【図２】図１に示した位置合わせ装置の平面図であり、
フィルムフォトマスクから光源側に向かって見た図。

【図３】ゲージ板、フィルムフォトマスクおよび基板の
それぞれの平面図。

【符号の説明】

１：ゲージ板、２：フィルムフォトマスク、３：基板、
４：ゲージ板の位置合わせマーク、５：パターン、６：
第１の位置合わせマーク、７：第２の位置合わせマー
ク、８：基板の位置合わせマーク、９：アクチュエー
タ、１０：スロット、１１：フレーム、１２：ＣＣＤカ
メラ（検出装置）、１３：Ｘ軸方向移動機構、１４：Ｙ
軸方向移動機構、１５：ステージ、１６：フック、１
７：基板ホルダ、１８：真空吸引孔、１９：ピストンシ
リンダ機構。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光における位置合わせ装置であって、 パターンが描かれ且つ周縁に複数の第１の位置合わせマ
   ークと複数の第２の位置合わせマークとを有するフィル
   ムフォトマスクと、 前記フイルムフォトマスクの第１の位置合わせマークに
   対応する複数の位置合わせマークを有し、露光光源側に
   てフイルムフォトマスクに対向して配置される透明なゲ
   ージ板と、 感光膜を備え且つ前記フィルムフォトマスクの第２の位
   置合わせマークに対応する複数の位置合わせマークを有
   する基板を、露光光源と反対側にてフィルムフォトマス
   クに対向して配置させるための基板ホルダと、 前記フイルムフォトマスクの周縁に接続され、該周縁に
   引張力を加えることによりフィルムフォトマスクを弾性
   的に伸長させるための複数個のアクチュエータと、 前記フィルムフォトマスクを支持し且つ該フィルムフォ
   トマスクをその面内でＸＹθ方向に移動可能なステージ
   と、 前記フィルムフォトマスクの第１の位置合わせマークと
   前記ゲージ板の位置合わせマークとの間の位置ずれ量お
   よび前記フィルムフォトマスクの第２の位置合わせマー
   クと前記基板の位置合わせマークとの間の位置ずれ量を
   検出するための検出装置と、 を備えることを特徴とする露光における位置合わせ装
   置。
2. 【請求項２】 前記フィルムフォトマスクの第１の位置
   合わせマークおよび前記ゲージ板の位置合わせマーク
   が、前記基板の外周の外側に位置するように設けられて
   いることを特徴とする、請求項１記載の露光における位
   置合わせ装置。