JP4506410B2 - 位置合わせ方法、位置合わせ装置、露光方法、及び露光装置。 - Google Patents

Description

本発明は、基板とマスクの位置合わせ方法、位置合わせ装置、露光方法、露光装置、サーマルヘッドの製造方法、サーマルヘッド、印画装置に関する。

従来、マスクに設けられたパターンを基板に転写する際には、マスクのみに焦点を合わせ、マスクと基板との位置合わせを行っていた。
特開平５―６９７５２号公報

しかしながら、従来技術には以下に掲げる問題点があった。
基板またはマスクの表面の状態等によって、マスクと基板の焦点距離はそれぞれ異なる場合がある。このような場合には、基板に焦点を合わせるとマスクの焦点がずれてしまい、マスクに焦点をあわせると基板の焦点がずれてしまう。したがって、上記した従来の技術では基板とマスクの双方の正確な位置を同時に把握できないため、相対位置を正確に合わせることが困難であった。
また、基板にグレーズガラスでアライメントマークを形成させる方法もあるが、グレーズガラス塗布後に高温でグレーズガラスを軟化させるため、高精度なアライメントマークの形成が困難であった。更に、基板にレーザー等で高精度なアライメントマークを形成させたとしても、グレーズガラス塗布時や高温での軟化時にグレーズガラスの頂部がばらついてしまい、高精度な位置合わせが困難であった。

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記問題点を解決できる技術を提供する点にある。

本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、略円弧状の横断面を有する凸型の隆起あるいは凹型の溝が形成された基板と、該基板に所定のパターンを転写するためのマスクとの相対位置を合わせる位置合わせ方法であって、前記マスクのアライメントマークに検出系の焦点を合わせる第１工程と、この状態での前記マスクの画像データを記録する記録工程と、前記隆起の頂部から前記隆起の曲率半径の１／２前記基板側にずらした点、又は、前記溝の底部から前記溝の曲率半径の１／２前記マスク側にずらした点に前記検出系の焦点を合わせるように前記検出系を光軸方向に移動する第２工程と、この状態での前記基板の画像データと、前記マスクの画像データとを重ねる重合工程とを有することを特徴とする位置合わせ方法に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、略円弧状の横断面を有する凸型の隆起あるいは凹型の溝が形成された基板と、該基板に所定のパターンを転写するためのマスクとの相対位置を合わせる位置合わせ方法であって、前記隆起の頂部から前記隆起の曲率半径の１／２前記基板側にずらした点、又は、前記溝の底部から前記溝の曲率半径の１／２前記マスク側にずらした点に前記検出系の焦点を合わせる第１工程と、この状態での前記基板の画像データを記録する記録工程と、前記マスクのアライメントマークに焦点を合わせるように前記検出系を光軸方向に移動する第２工程と、この状態での前記マスクの画像データと、前記基板の画像データとを重ねる重合工程とを有することを特徴とする位置合わせ方法に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、請求項１又は２に記載の位置合わせ方法により位置合わせを行った後、露光を行うことを特徴とするに存する。
請求項４記載の発明の要旨は、略円弧状の横断面を有する凸型の隆起あるいは凹型の溝が形成された基板と、該基板に所定のパターンを転写するためのマスクとの相対位置を合わせる位置合わせ装置であって、前記マスクのアライメントマークに焦点を合わせる第１焦点手段と、前記隆起の頂部から前記隆起の曲率半径の１／２前記基板側にずらした点、又は、前記溝の底部から前記溝の曲率半径の１／２前記マスク側にずらした点に焦点を合わせる第２焦点手段と、前記第１焦点手段及び前記第２焦点手段の何れか一方で焦点を合わせて得た画像データを記録する記録手段と、他方の前記第１焦点手段又は前記第２焦点手段で焦点を合わせて得た画像データに、前記記録手段が記録した画像データを重ねる重合手段とを有することを特徴とする位置合わせ装置に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、請求項４記載の位置合わせ装置と、露光手段とを備えたことを特徴とする露光装置に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、プロキシミティ露光装置又はコンタクト露光装置であることを特徴とする請求項５記載の露光装置に存する。

本発明は以上のように構成されているので、以下に掲げる効果を奏する。
マスクに焦点を合わせた画像と、基板に焦点を合わせた画像とを、重ね合わせることにより、同時に視認できるため、マスクと基板との位置合わせを精度よく行うことができる。

本実施の形態に係るビデオプリンタについて説明する。ビデオプリンタは、図１に示すように、六面体状のケーシングを備え、ケーシングの前面には、液晶の表示パネル、入力キーおよび排紙口が設けられている。ケーシング内にはロール状の感熱紙が収容されており、感熱紙の先端部は２本の搬送ローラに支持されて排紙口に位置合わせされている。さらに、ケーシング内にはサーマルヘッド１が感熱紙の上側に設けられ、サーマルヘッド１で感熱紙を加熱して発色させることにより、文字や画像などを感熱紙に印刷し、この感熱紙を排紙口から排出する。

次に、サーマルヘッド１について説明する。サーマルヘッド１は、図２及び図３に示すように、厚さ約１ｍｍのアルミナセラミックスからなる絶縁性の基板１１を有しており、基板１１上には厚さ約５０μｍのガラス製のグレーズ１２が形成されている。グレーズ１２は、平面視においてライン状に隆起しており、横断面において外輪郭が略円弧状となる凸型に形成されている。このグレーズ１２の曲面頂部には、厚さ約０．２μｍのポリシリコン（Poly-Si）の薄膜からなる発熱体１３が多数個、主走査方向に配列するように設けられている。各発熱体１３の副走査方向における両側にはそれぞれ、厚さ約０．６μｍのアルミニウムからなる個別電極１４がグレーズ１２上に成膜されている。

次に、このサーマルヘッド１の製造方法を図４に従って説明する。基板１１上に、スクリーン印刷等により、グレーズ１２を形成する（図４（ｂ））。ついで、グレーズ１２の曲面頂部に、ポリシリコン（Poly-Si）等の発熱体をＣＶＤ法やスパッタリング法や真空蒸着法等によって被着・形成する（図４（ｃ））。ついで、ＣＶＤ法やスパッタリング法や蒸着法により、発熱体１３の両側にそれぞれ個別電極１４を形成する。この時、発熱体１３が頂部中心に、もしくは頂部から所定の長さだけずらしたところに、所定の長さを有するように微細加工を施す（図４（ｄ））。ついで、発熱体１３および個別電極１４を覆うように保護膜１５を成膜する（図４（ｅ））。以上の工程によりサーマルヘッド１が形成される。

上記の発熱体１３の位置及び長さを決定する微細加工について説明する。微細加工は、グレーズ１２が形成された基板１１上に感光性樹脂のフォトレジスト（図示せず）を塗布するレジスト塗布工程と、基板１１とフォトマスク３０との相対位置を合わせる位置合わせ工程と、紫外線を照射する露光工程と、露光した部分のフォトレジスト（図示せず）を現像液で溶かす現像工程と、所定の部分を必要な厚さだけ食刻するエッチング工程とにより行われる。

位置合わせ工程（方法）及び露光工程（方法）について、以下に詳しく説明する。その前に、露光装置について説明し、その後、位置合わせ工程（方法）及び露光工程（方法）について説明する。図５は本実施の形態にかかる露光装置の正面図である。図６は本実施の形態にかかる露光装置の側面図である。なお、図５及び図６において、説明のためアライメント検出系２２、マスクホルダ２３、基板ステージ２４のみ実線で表している。
露光装置２０は、基板１１とフォトマスク３０を近接させて（１０〜３００μｍ離して位置させて）露光する所謂プロキシミティ型の露光装置２０である。露光装置２０はランプハウス２１、フォトマスク３０上のアライメントマーク３１の位置を検出する２つのアライメント検出系２２、検出したデータを記録する記録部（図示せず）、フォトマスク３０を載置するマスクホルダ２３、基板１１を載置する基板ステージ２４、アライメントマーク観察モニタ２５、操作パネル２６、コントローラ２７、ランプ電源２８とを備えている。
マスクホルダ２３は３軸方向に移動可能に構成されている。基板ステージ２４はマスクホルダ２３の下に設けられ、３軸方向及びθ方向に移動可能に構成されており、コントローラ２７の操作にて移動する。
マスクホルダ２３上方には光軸方向に移動可能なアライメント検出系２２が設けられている。アライメント検出系２２は、アライメントスコープと、アライメントスコープを介した画像を読み取りデータに変換するＣＣＤカメラを備えている。また、アライメント検出系２２で読み取られた画像はアライメント観察モニタ２５に映し出される。
さらに、アライメントスコープの上方には、露光を行いフォトマスク３０のパターンを感光基板１１に転写するランプハウス２１が設けられている。ランプハウス２１内には紫外線を照射する光源としての水銀ランプ２１１と、集光鏡２１２、露光に不要な光を取り除く第１ミラー２１３、インテグレータ２１４、光を照射面に導く第２ミラー２１５、コリメータレンズ２１６とが収容されている。

位置合わせ工程（方法）は次のようにして行う。
まず、図７（第１焦点工程）に示すように、フォトマスク３０上のアライメントマーク（図示せず）に焦点を合わせるようにアライメント検出系２２を配置し、アライメント検出系２２により画像を読み取る。（各工程での画像を図８に示す。なお、図８において、焦点が合いはっきりと視認できるラインを実線で示し、焦点がずれてぼやけているラインを点線で示している。また、右図は左図を拡大したものである。）
このときの画像は、図８（ａ）に示すように、アライメントマーク３１は焦点が合っているため、はっきりとしているが、基板１１のグレーズ１２は焦点がずれているためぼやけている。
ついで、アライメント検出系２２内に設けられたＣＣＤカメラ（図示せず）により、フォトマスク（図示せず）上のアライメントマーク３１に焦点を合わせた状態の画像について、２値化等の処理を行いデータに変換し、記録部（図示せず）に記録する。
ついで、基板１１上に
設けられたグレーズ１２に焦点を合わせる。具体的には、図７（第２焦点工程）に示すように、フォトマスク３０上のアライメントマーク（図示せず）に焦点を合わせた状態からアライメント検出系２２の位置を、光軸方向へ移動させることにより、基板１１上のグレーズ１２頂部からＲ／２ずらした点に焦点をあてる。グレーズが凸型の場合は、アライメント検出系と基板の距離が小さくなる方向に移動させる。
ついで、基板１１に焦点を合わせた状態の画像をアライメント観察モニタ２５に映し出す。このとき、図８（ｂ）に示すように、基板１１上のグレーズ１２がはっきりと視認できるようになるが、アライメントマーク３１は焦点がずれるためにぼやけて見える。
ついで、この画像に記録部に記録したアライメントマーク３１の画像データを重ねて映し出す。重ねて映すことにより、図８（ｃ）に示されるように、アライメントマーク３１と基板１１上のグレーズ１２の位置とがはっきりと映る。
ついで、上記のように重ね合わされた画像を見ながら、図５に示すコントローラ２７を手動で調整し、基板１１を固定している基板ステージ２４の位置を調節してフォトマスク３０と基板１１との位置合わせを行う。以上により位置合わせが完了する。

ついで、露光を行う。図５に示したランプ電源２８を操作することにより、図６に示す水銀ランプ２１１から紫外線を発生させる。水銀ランプ２１１から発生した紫外線が水銀ランプ２１１と、集光鏡２１２、第１ミラー２１３、インテグレータ２１４、第２ミラー２１５コリメータレンズ２１６とを介してフォトマスク３０に照射され、露光工程が完了する。

上記した本実施の形態に係る位置合わせ方法は、以下に掲げる効果を奏する。
従来、サーマルヘッドに蓄熱や印字圧力向上のために、グレーズを設けた場合、基板とフォトマスクとの最適視認位置が異なるため、グレーズ１２頂部に発熱体を設けることが困難であった。したがって、図９に示すように、大きな位置ずれが発生していた。
本実施の形態によれば、フォトマスク３０に焦点を合わせた画像と、基板１１に焦点を合わせた画像とを、重ね合わせることにより、同時に視認できるため、フォトマスク３０と基板１１との位置合わせを精度よく行うことができるため、サーマルヘッド１のグレーズ１２の頂部に精度良く発熱体１３を形成することができる。したがって、適当な印字圧力が得られ、良好な印字濃度を得ることができる。（図１０に本実施の形態によって発熱体１３を形成したサーマルヘッド１と従来の方法により形成したサーマルヘッド１との位置ずれを比較したものを示す。なお、図中Ｘより左側が従来例、右側が本実施の形態に係る方法によるものである。）

なお、本実施の形態においては、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

実施例では発熱体をパターニングにより形成した場合について説明したが、発熱体がグレーズ上全面に形成されている場合にも適用可能である。この場合、発熱体として実際に機能するのは電極間にある部分となるが、上記方法を適用することにより電極間の中心とグレーズ頂部とのずれを小さくすることができる。

また、基板１１にグレーズ１２又は発熱体が形成されるラインが複数ラインある場合にも適用可能である。このとき、グレーズガラス形成時にグレーズのラインのピッチ精度が低下する場合は（例えば±２０μｍ以上）、ライン毎に上記方法を適用させることによって、高精度な位置合わせが可能である。

本実施の形態においては焦点を合わせる際にアライメント検出系２２を移動させて調節する場合について説明したが、基板ステージ２４、マスクホルダ２３を移動させるものであってもよい。
また、サーマルヘッド１のグレーズ１２の一部に発熱体１３を形成する場合について説明したが、全面に発熱体１３層を形成し、個別電極１４を成膜した後に、微細加工してもよい。

また、本実施の形態においてはフォトマスク３０を固定し、基板１１を水平面に移動させることにより位置合わせを行う場合について説明したが、逆に基板１１を固定し、フォトマスク３０を移動させて位置合わせをおこなってもよい。更には、本実施の形態においては先にフォトマスク３０の画像を読み取り、記録して基板１１の画像に重ね合わせる方法について説明したが、フォトマスク３０と基板１１逆であってもよい。すなわち、基板１１の画像を読み取りその画像データを記録し、フォトマスク３０の画像に重ね合わせてもよい。

本実施の形態においては、フォトマスク３０と基板１１を重ねて位置させた状態でフォトマスク３０の画像を読み取る場合について説明したが、フォトマスク３０のみマスクホルダ２３に設置させて画像を記録してから、基板１１を基板ステージ２４に設置してもよい。そうすると、フォトマスク３０の画像に基板１１のぼやけた画像が重ならないため、よりはっきりした画像を得ることが出来る。

また、基板１１に凸型のグレーズ１２が形成されている場合について説明したが、基板１１表面に溝（凹）型のグレーズがある場合にも適用できる。この場合は、アライメント検出系２２を上方に移動させ、アライメント検出系２２と基板１１との距離を広げ、溝の底部から光軸方向に曲面のＲ/２の距離ずらした点に焦点をあてることにより溝をはっきりと視認することができる。

露光方法は基板１１とフォトマスク３０を近接させて露光するプロキシミティ露光について説明したが、その他にも、基板１１とフォトマスク３０を接触させて露光するコンタクト型等の露光方法、装置にも適用可能である。

また、本実施の形態においてはフォトマスク３０のアライメントマーク３１のみをデータ化し、基板１１の画像に重ね、手動によりコントローラ２７を調節する方法について説明したが、露光装置２０にさらに演算部及び制御部を設け、自動で位置合わせ及び露光を行うようにしても良い。
具体的には、まず、アライメント検出系２２が第１焦点工程にて読み取ったアライメントマーク３１の画像データと第２焦点工程にて読み取ったグレーズの画像データとの位置の差を演算部により演算する。演算によって得られた結果に基づき制御部により基板ステージを駆動させる。位置の差が許容範囲以内であれば、制御部によりランプ電源２８をオンにし、露光を行う。このような自動露光方法においては、基板１１にはアライメントマークを設ける必要が無く、グレーズ１２をアライメントマークとして位置あわせを行うことができるため、作業効率の向上を図ることができる。
また、サーマルヘッド１において蓄熱、印字圧力向上のために設けられたグレーズであれば、通常曲面の曲率半径Ｒが既知であるため、第２焦点工程を容易に行うことができる。

本実施の形態にかかるビデオプリンタの斜視図である。 本実施の形態にかかるサーマルヘッドの平面図である。 図２のＡＡ断面図である。 本実施の形態にかかるサーマルヘッドの製造工程図である。 本実施の形態にかかる露光装置の正面図である。 本実施の形態にかかる露光装置の側面図である。 本実施の形態にかかる第１焦点工程及び第２焦点工程の説明図である。 本実施の形態にかかる各工程における画像の説明図である。 従来方法により形成されたサーマルヘッドの平面図である。 従来方法による位置ずれと本実施の形態にかかる位置合わせ方法による位置ずれの比較図である。

符号の説明

１ サーマルヘッド
１１ 基板
１２ グレーズ
１３ 発熱体
１４ 個別電極
１５ 保護膜
１６ 共通電極
２０ 露光装置
２１ ランプハウス
２１１ 水銀ランプ
２１２ 集光鏡
２１３ 第１ミラー
２１４ インテグレータ
２１５ 第２ミラー
２１６ コリメータレンズ
２２ アライメント検出系
２３ マスクホルダ
２４ 基板ステージ
２５ アライメント観察モニタ
２６ 操作パネル
２７ コントローラ
２８ ランプ電源
３０ フォトマスク（マスク）
３１ アライメントマーク

Claims (6)

1. 略円弧状の横断面を有する凸型の隆起あるいは凹型の溝が形成された基板と、該基板に所定のパターンを転写するためのマスクとの相対位置を合わせる位置合わせ方法であって、
   前記マスクのアライメントマークに検出系の焦点を合わせる第１工程と、
   この状態での前記マスクの画像データを記録する記録工程と、
   前記隆起の頂部から前記隆起の曲率半径の１／２前記基板側にずらした点、又は、前記溝の底部から前記溝の曲率半径の１／２前記マスク側にずらした点に前記検出系の焦点を合わせるように前記検出系を光軸方向に移動する第２工程と、
   この状態での前記基板の画像データと、前記マスクの画像データとを重ねる重合工程と
   を有することを特徴とする位置合わせ方法。
2. 略円弧状の横断面を有する凸型の隆起あるいは凹型の溝が形成された基板と、該基板に所定のパターンを転写するためのマスクとの相対位置を合わせる位置合わせ方法であって、
   前記隆起の頂部から前記隆起の曲率半径の１／２前記基板側にずらした点、又は、前記溝の底部から前記溝の曲率半径の１／２前記マスク側にずらした点に前記検出系の焦点を合わせる第１工程と、
   この状態での前記基板の画像データを記録する記録工程と、
   前記マスクのアライメントマークに焦点を合わせるように前記検出系を光軸方向に移動する第２工程と、
   この状態での前記マスクの画像データと、前記基板の画像データとを重ねる重合工程と
   を有することを特徴とする位置合わせ方法。
3. 請求項１又は２に記載の位置合わせ方法により位置合わせを行った後、露光を行うことを特徴とする露光方法。
4. 略円弧状の横断面を有する凸型の隆起あるいは凹型の溝が形成された基板と、該基板に所定のパターンを転写するためのマスクとの相対位置を合わせる位置合わせ装置であって、
   前記マスクのアライメントマークに焦点を合わせる第１焦点手段と、
   前記隆起の頂部から前記隆起の曲率半径の１／２前記基板側にずらした点、又は、前記溝の底部から前記溝の曲率半径の１／２前記マスク側にずらした点に焦点を合わせる第２焦点手段と、
   前記第１焦点手段及び前記第２焦点手段の何れか一方で焦点を合わせて得た画像データを記録する記録手段と、
   他方の前記第１焦点手段又は前記第２焦点手段で焦点を合わせて得た画像データに、前記記録手段が記録した画像データを重ねる重合手段とを有することを特徴とする位置合わせ装置。
5. 請求項４記載の位置合わせ装置と、露光手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
6. プロキシミティ露光装置又はコンタクト露光装置であることを特徴とする請求項５記載の露光装置。

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