JP7383341B2 - ダイレクト露光装置および基板の露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の表裏に所定のパターンを描画するダイレクト露光装置および基板の露光方法に関する。

プリント配線板、半導体ウエハ、ＬＣＤガラス基板、ＬＥＤ基板、有機ＥＬ基板等の基板を製造するフォトリソグラフィ工程にて、フォトマスクを用いないダイレクト露光装置（マスクレス露光装置）が知られている。かかるダイレクト露光方式によれば、フォトマスクが不要となるため、コスト的に有利であり、また、高精度露光が可能であるとされている。

さらに、基板の表裏両面を描画する必要がある場合は、先ず、一方の面を描画した後、基板を反転させ、他方の面を描画する。特にプリント配線板においては、基板の両面に回路パターンを作成することが一般的に行われている。しかしながら、基板の表裏両面を描画する場合、基板を反転させる工程が必要であるため、加工能率を向上させることができなかった。また、基板表裏の位置合わせ精度が低下するおそれがあった。

したがって，ダイレクト露光装置で基板両面を同時に露光したいというニーズが高まっている。例えば特許文献１では、上側保持枠と下側保持枠によって被描画体（基板）を保持し、貫通穴のガラスを通じてレーザビームを両面に照射して露光を行なう装置が記載されている。また、特許文献２には、上下の挟持部によって基板を挟持した状態で両面露光を行なうことが記載されている。

特開２００９－１２２５９７号公報 特開２０１４－１９０９８７号公報

ダイレクト露光装置は、露光するパターンが高解像度になるにつれ、露光光学系の焦点深度が浅くなる傾向にある。そのため、数μｍ以内の露光領域の高低差（平面度）が求められる。特許文献１に記載のものは、中空方形の枠状である保持枠によって基板を保持しているので、基板表面からだけではなく基板裏面からも露光することが可能である。しかしながら、中空方形の枠では基板の露光領域の平面度を保つことができず、特に基板中央部の垂れ下がりに関しては全く対処することができない問題があった。

特許文献２は、光透過性の部材で形成されるとともに平坦面を有する透過部を備えた第１の挟持部と第２の挟持部によって基板を挟持することで、基板の垂れ下がりを防止しつつ基板裏面側からの露光が可能なようにされている。しかしながら、配管等により光が遮られるため光透過性の部材に基板吸着機構を設けることができないので、基板を吸着保持することができない。そのため、挟持するだけでは基板の反り、うねりは完全には解消できず、平面度を保つことができない。また、光透過性の部材の局所的な微小厚み誤差によって、露光光学系の焦点面に収差が生じる。以上のように、従来技術では高解像度化するダイレクト露光装置の焦点深度に対応できず、製品化が困難であった。

したがって、本発明は、露光領域の平面度を良好に保ち、焦点深度が浅い露光光学系であっても解像度の高いパターン露光が可能な基板両面を同時露光するダイレクト露光装置および基板の露光方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板を間に対向して配置された一対の露光ユニットと、
基板を間に対向して配置された一対の吸着部とを備え、
吸着部は、基板の露光領域の反対面をそれぞれ吸着保持する複数の露光領域保持部と、該露光領域保持部に隣接し、露光光が通過する複数の帯状の開口部とをそれぞれ有するダイレクト露光装置である。

本発明の少なくとも一の実施形態によれば、基板の露光している一面と反対面が吸着部によって吸着、保持されているので、基板の平面度を良好に保って基板両面を同時に露光することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態のブロック図である。 図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の一実施形態の露光ユニットに含まれる露光ヘッドの略線図、第１吸着部から下方を見た平面図、並びに図２ＢのＡ－Ａ線断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に露光位置切替動作を説明するための断面図である。 図４は、本発明の一実施形態の吸着位置切替動作の第１ステップを説明するための断面図である。 図５は、本発明の一実施形態の吸着位置切替動作の第２ステップを説明するための断面図である。 図６は、本発明の一実施形態の吸着位置切替動作の第３ステップを説明するための断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の吸着位置切替動作の第４ステップを説明するための断面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の一実施形態により露光された基板の第１面及び第２面を示す平面図である。 図９は、本発明の変形例を説明するための略線図である。

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。

図１を参照して本発明の一実施形態の全体の構成について説明する。ダイレクト露光装置には、基板Ｗの第１面及び第１面と反対面である第２面をそれぞれ露光するために、第１の露光ユニットＥＵ１及び第２の露光ユニットＥＵ２が設けられている。露光ユニットＥＵ１及びＥＵ２は、基板Ｗを間に対向して配置されている。

露光ユニットＥＵ１は、光源１（例えば、ＬＥＤ(light emitting diode)、レーザーダイオード、超高圧水銀灯、キセノンランプ、フラッシュランプ等）と、光源１から出射された光を調整する照明光学系（不図示）と、照明光学系からの照明光を変調してパターン光とするＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）２と、パターン光を基板Ｗに投影する投影光学系３と、投影光学系３の焦点位置を調整する焦点調整部（クサビプリズム等）４を備える。露光ユニットＥＵ２は、ＥＵ１と同様に、光源１１、ＤＭＤ１２、投影光学系１３と、焦点調整部１４を備える。

本実施形態のダイレクト露光装置には、基板Ｗをハンドリングするための露光ステージＳＴが設けられている。露光ステージＳＴには、基板Ｗの第１面を吸着する第１吸着部５と、基板Ｗの第２面を吸着する第２吸着部１５が設けられている。吸着は、真空吸着、静電吸着等によって基板Ｗを吸着／離間（吸着解除）する。第１吸着部５及び第２吸着部１５は、後述するように、１又は複数の帯状の開口部と、開口部に隣接し、平坦な吸着面を有する露光領域保持部を有する。

光源１，１１に対して光源駆動部６，１６からの電力が供給される。ＤＭＤ２，１２に対して画面生成部７，１７からの制御信号が供給され、制御信号に応じた所定のパターンをＤＭＤ２，１２が表示する。

ダイレクト露光装置には、基板Ｗを移動させるために、基板移動部８が設けられている。基板移動部８は、不図示のリニアアクチュエーターによって構成され、露光ステージＳＴを主走査方向（＋／－Ｘ）に移動させる。

露光位置切替部９は、不図示のリニアアクチュエーターによって構成され、第１吸着部５及び第２吸着部１５をそれぞれ独立して副走査方向（＋／－Ｙ）に移動させる。また、第１吸着部５及び第２吸着部１５をそれぞれ独立して基板Ｗに対して接近／離間方向（＋／－Ｚ）に移動させる。

ダイレクト露光装置には、露光装置全体を制御するためのコントローラ２０が設けられている。コントローラ２０と関連してメモリ２１が設けられている。コントローラ２０は、メモリ２１から呼び出したレシピデータや、露光パターンデータ等にしたがって、光源駆動部６，１６、画像生成部７，１７、基板移動部８、露光位置切替部９を制御する。また、露光装置の外部からＣＡＤ(computer aided design)／ＣＡＭ(computer aided manufacturing）データやレシピデータ等を受信してメモリ２１に保存する。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の一実施形態の露光ユニットＥＵ１、ＥＵ２に含まれる露光ヘッドの略線図、第１吸着部５から下方を見た平面図、並びに図２ＢのＡ－Ａ線断面図である。基板Ｗの第１面（例えば上面）を露光するために、露光ユニットＥＵ１には、例えば３個の露光ヘッドＨ１，Ｈ２，Ｈ３が含まれており、基板Ｗの第２面（例えば下面）を露光するために、露光ユニットＥＵ２には、４個の露光ヘッドＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４が含まれている。各露光ヘッドには、ＤＭＤ２，１２が設けられている。図２Ａにおいて、グレーで塗られた領域が露光ヘッドＨ１，Ｈ２，Ｈ３の露光範囲ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３を示している。露光ヘッドの露光範囲ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３は、Ｙ方向に所定の間隔をあけて配列されている。なお、露光範囲は必ずしも直線上に配列されなくてよく、例えばＸ方向にオフセットした千鳥配列が可能である。なお、図示しないが露光ヘッドＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４においても同様の露光領域が存在している。露光ヘッドの個数は、一例であって、各露光ユニットに含まれる露光ヘッドが共に３個であってもよく、３個以外の個数であってもよい。

図２Ｂにおいて基板Ｗの第１面を吸着する第１吸着部５は、全体として金属の矩形板に走査方向に延びる帯状の３個の開口部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ（これらを区別する必要がない場合は単に開口部３１と称する）が平行して形成されたもので、露光ヘッドＨ１，Ｈ２，Ｈ３からの露光光が開口部３１を通じて基板Ｗの第１面を露光する。図２Ｃにおいて、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が各露光ヘッドから出射された露光光を表している。

第１吸着部５は、基板Ｗと対向する面で、開口部３１が形成されていない領域に平行して角柱状の４本の露光領域保持部を有し、露光領域保持部の基板に接する部分に形成された帯状吸着領域（斜線領域で示す）によって基板Ｗが吸着／離間自在とされている。帯状吸着領域は微細な多数の通気孔（例えばポーラス体）によって形成され、面精度を保ちながら基板Ｗを吸着する機能を備える。なお、帯状吸着領域のみで基板Ｗを吸着することを意味するものではなく、第１吸着部５の他の部分においても帯状吸着領域と協働して基板Ｗを吸着してもよい。

図２Ｃに示すように、基板Ｗの第２面を吸着する第２吸着部１５も第１吸着部５と同様の形状とされている。すなわち、矩形の金属板に走査方向に延びる帯状の３個の開口部が形成されている。露光ヘッドＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４からの露光光がこの開口部を通じて基板Ｗの第２面を露光する。図２Ｃにおいて、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４が各露光ヘッドから出射された露光光を表している。また、基板Ｗと対向する面で、開口部が形成されていない領域に平行して角柱状の４本の露光領域保持部が設けられ、露光領域保持部によって基板Ｗが吸着／離間自在とされている。

第１吸着部５及び第２吸着部１５のそれぞれの開口部の開口幅は、露光ヘッドの露光範囲の幅と等しいか、又はそれよりやや大とされている。また、第１吸着部５及び第２吸着部１５のそれぞれの露光領域保持部の幅は、露光ヘッドのピッチによって規定されるが、露光領域の幅にほぼ等しいように設定される。

図２Ｃに示すように、第１吸着部５及び第２吸着部１５によって基板Ｗが吸着された状態で開口部３１に対応する第１面の露光領域が露光ヘッドＨ１～Ｈ３の露光光Ｌ１～Ｌ３により露光されると共に、第２吸着部の開口部に対応する第２面の露光領域が露光ヘッドＨ１１～Ｈ１３の露光光Ｌ１１～Ｌ１３により露光される。なお、露光ヘッドＨ１４は基板Ｗの露光予定範囲外にあるため、図２Ｃでは露光光を投影していない。露光ヘッドＨ１～Ｈ３の露光領域と、露光ヘッドＨ１１～Ｈ１４の露光領域が副走査方向（Ｙ）においてオフセットして配置される。換言すれば、主走査方向（Ｘ）から見たとき、露光ヘッドＨ１～Ｈ３の露光領域と、露光ヘッドＨ１１～Ｈ１４の露光領域が、副走査方向（Ｙ）において互い違いに位置するように配列される。露光時に基板Ｗが第１吸着部５の複数の露光領域保持部と、第２吸着部１５の複数の露光領域保持部によって挟持されているので、基板Ｗの平面度を良好に保つことができる。

本発明の一実施形態では、露光ユニットが固定され、第１移動部としての基板移動部８によって露光ステージＳＴ（基板Ｗ）を主走査方向（Ｘ）に移動させているが、基板Ｗを固定し、露光ユニットを移動させるようにしてもよい。本発明では、基板Ｗと露光領域を副走査方向（＋／－Ｙ）に相対移動させる第２移動部が設けられる。また、本発明では一対の吸着部（露光ステージＳＴ）の基板吸着位置を副走査方向（＋／－Ｙ）に移動させる第３移動部が設けられている。第２移動部と第３移動部を同じ機構によって兼ねるようにしてもよく、一実施形態では、第１吸着部５及び第２吸着部１５は、露光位置切替部９によって独立して副走査方向（＋／－Ｙ）に移動される。なお、第２移動部を露光ユニット側に設け、露光ユニットを基板に対して移動させるようにしてもよい。

以下、本発明の一実施形態の露光動作について順次説明する。ダイレクト露光装置は周知の方法にて基板にパターンを露光する。一実施形態では、露光ユニットと基板とを主走査方向（Ｘ）に相対移動させながら、画面生成部が相対移動量に応じて露光ユニットの光変調素子アレイ（ＤＭＤ）を変調することにより、露光領域に応じた幅で主走査方向に伸長する帯状の範囲に対して多重露光方式によりパターンをダイレクト露光する。本発明では、露光を複数回行うことによって、基板Ｗの全面を露光している。この露光方法をマルチパス露光と呼ぶ。一実施形態では、２回の露光によって基板全面を露光している。この方式を２パス露光という。但し、２パス露光は、一例であって、３パス露光又はそれ以上のパスにより基板全面を露光してもよい。この場合、２パス露光の場合と比べ露光ヘッドの個数を少なくできる。

図２Ｃに示すように、露光（第１回目の露光）が完了すると、露光位置切替動作がなされる。すなわち、吸着状態を保持したまま第１吸着部５及び第２吸着部１５（すなわち露光ステージＳＴ全体）が＋Ｙ方向に１ピッチ移動して図３に示す状態とされる。例えば、第１吸着部５及び第２吸着部１５のそれぞれの露光領域保持部の幅と、露光領域の幅（開口部の幅）とが等しいように設定され、等しく設定された幅が１ピッチとされている。

次に、吸着位置切替動作の第１ステップがなされる。この第１ステップでは、第１吸着部５が、吸着を解除し、＋Ｚ方向（上方向）に移動し、－Ｙ方向に１ピッチ移動する。その結果の状態が図４に示される。

次に、吸着位置切替動作の第２ステップがなされる。この第２ステップでは、第１吸着部５が、－Ｚ方向（下方向）に移動し、基板Ｗに接触し、基板Ｗを吸着する。その結果の状態が図５に示される。

次に、吸着位置切替動作の第３ステップがなされる。この第３ステップでは、第２吸着部１５が、吸着を解除し、－Ｚ方向（下方向）に移動し、＋Ｙ方向に１ピッチ移動する。その結果の状態が図６に示される。

次に、吸着位置切替動作の第４ステップがなされる。この第４ステップでは、第２吸着部１５が、＋Ｚ方向（上方向）に移動し、基板Ｗに接触し、基板Ｗを吸着する。そして、図７に示すように、露光ヘッドＨ１、Ｈ２、Ｈ３からの露光光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３によって第１面の残りの領域が露光され、露光ヘッドＨ１２、Ｈ１３、Ｈ１４からの露光光Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４によって第２面の残りの領域が露光される。なお、露光ヘッドＨ１１は基板Ｗの露光予定範囲外にあるため、図７では露光光を投影していない。

以上の処理の結果、基板Ｗの第１面（上面）は、図８Ａに示すように、露光がなされ、基板Ｗの第２面（下面）は、図８Ｂに示すように、露光がなされる。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、Ｉを付した領域は、第１回目の露光により露光された領域であり、IIを付した領域は、第２回目の露光により露光された領域である。

本発明によれば、露光領域の反対面を吸着する一対の吸着部を備えることによって露光領域の平面度を良好に保つことが可能で、焦点深度が浅い露光光学系であっても解像度の高いパターン露光が可能な基板両面を同時露光するダイレクト露光装置を提供できる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば露光位置を切り替えるために、露光ユニット（露光ヘッド）を移動させるようにしてもよい。

図９は、本発明の変形例である。基板吸着部５１及び５２は、移動機構を持たず、露光ユニットＥＵ１、ＥＵ２に対して（またはベース部に対して）固定され、基板搬送手段５３によって基板Ｗが走査方向に移動しながら露光する。このとき、基板吸着部５１及び５２は基板Ｗを吸着するとともに、部分的に少量のエアブローを行うようにして、基板Ｗを吸着しながら滑らすようにする。このような構成の両面同時ダイレクト露光装置にあっても、各露光ユニットの露光領域において基板の反対面を基板吸着部が吸着することで、露光領域の平面度を良好に保つことが可能である。

また、本発明は、パネル状基板に限らず、長尺基板（フィルム状基板）に対しても適用することができる。さらに、吸着部を間欠的に入り切りしながらステップ移動させて露光してもよい。あるいは、吸着部が吸着すると同時に圧気を噴射することで、基板の摩擦を減少させて走査露光することも可能である。

例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。また、本発明は、装置、システム等に限らず、任意の形態により実現することができる。

ＥＵ１，ＥＵ２・・・露光ユニット、Ｈ１～Ｈ３、Ｈ１１～Ｈ１４・・・露光ヘッド、
Ｗ・・・基板、５・・・第１吸着部、１５・・・第２吸着部

Claims (7)

1. 基板を間に対向して配置された一対の露光ユニットと、
   前記基板を間に対向して配置された一対の吸着部とを備え、
   前記吸着部は、前記基板の露光領域の反対面をそれぞれ吸着保持する複数の露光領域保持部と、該露光領域保持部に隣接し、露光光が通過する複数の帯状の開口部とをそれぞれ有するダイレクト露光装置。
2. 前記一対の露光ユニットのうちの一の露光ユニットの露光領域と他の露光ユニットの露光領域が副走査方向（Ｙ）においてオフセットして配置される請求項１に記載のダイレクト露光装置。
3. それぞれの前記露光ユニットは、間隔をあけて副走査方向（Ｙ）に配列された複数の露光領域を有し、前記一の露光ユニットの複数の露光領域と前記他の露光ユニットの複数の露光領域とが互い違いに位置するように配列される請求項２に記載のダイレクト露光装置。
4. 前記露光領域に対して前記基板を走査方向（Ｘ）に相対移動させ露光するために、前記露光ステージを前記走査方向（Ｘ）に移動させる第１移動部を備える請求項１に記載のダイレクト露光装置。
5. 前記基板と前記露光領域を副走査方向（Ｙ）に相対移動させる第２移動部を備え、前記吸着部の基板吸着位置をそれぞれ副走査方向（Ｙ）に移動させる第３移動部を備える請求項４に記載のダイレクト露光装置。
6. 前記基板吸着位置を移動させる際は、基板の少なくとも一部を吸着した状態を維持する請求項５に記載のダイレクト露光装置。
7. 基板を間に対向して配置された一対の露光ユニットと、前記基板を間に対向して配置された一対の吸着部とを備え、前記吸着部は、前記基板の露光領域の反対面をそれぞれ吸着保持する複数の露光領域保持部と、該露光領域保持部に隣接し、露光光が通過する複数の帯状の開口部とをそれぞれ有するダイレクト露光装置による基板の露光方法であって、
   前記一対の露光ユニットと前記吸着部に吸着した基板とを、主走査方向（Ｘ）に相対移動させて前記基板の両面の一部分を露光するステップと、
   前記基板と前記一対の露光ユニットとを副走査方向（Ｙ）に相対的にシフトさせるステップと、
   前記吸着部の前記基板を吸着する位置を副走査方向（Ｙ）にシフトさせるステップと、
   前記一対の露光ユニットと前記吸着部に吸着した前記基板とを、主走査方向（Ｘ）に相対移動させて、前記基板の両面の他の部分を露光するステップとを備えた基板の露光方法。
   

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