JP2014089360A - フィルムマスク修正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムマスクと基板の部分的なズレを、容易かつ正確に、露光装置外で修正、補正できるフィルムマスク修正装置を提供する。
【解決手段】基板テーブル１、フィルムマスク基台２、撮像装置３、加圧装置４及びフィルムマスクホルダ７０を備え、基板テーブル１はＸＹθ方向に移動可能であり、基板９０とフィルムマスク９５の位置合わせが行われる。フィルムマスク基台２は、透明なガラス板２０と、昇降装置２１とを備え、ガラス板２０を基板９０上に重ね合わせ、また、上昇してフィルムマスクホルダ７０にフィルムマスク９５を移設する。ラビリングブロック４０により、ガラス板２０上でフィルムマスク９５の修正を行い、フィルムマスクホルダ７０は、修正されたフィルムマスク９５を受け取りフィルムマスク９５を移設する。
【選択図】図１

Description

この発明は、フィルムマスク修正装置に関する。

フォトレジストなどの感光材料を塗布した基板表面に所定のパターンを露光装置により感光焼き付けし、その後エッチング工程により基板上にパターンを形成するフォトリソグラフィ法が種々の分野で広く応用されており、プリント配線基板も近年露光装置を用いて製造されている。このプリント配線基板の露光装置においては、パターン原画が描かれた原版として樹脂フィルムマスクが多く用いられている。
一方、スマートフォンに代表されるデジタル端末等は、小型軽量化と高機能高性能化の要求が高まっており、これに伴い電子部品を実装するプリント配線板も多層化、薄板化が進み、配線の高密度高精度化が進んでいる。
そのため、フィルムマスクを使用した密着式露光装置においても、従来以上の位置合わせ精度が要求されるようになった。
しかしながら、フィルムマスク作成時の描画ズレ、フィルムマスク自体の伸縮、フィルムマスク装着時の歪み、密着露光繰り返しによる伸縮及び歪み、あるいは基板自体の伸縮及び歪み等が複合的に重なりあい、回路パターンの一部分が、基板の下層回路パターンと合わない問題が多く発生しており、高い位置合わせ精度の要求に応えられなくなってきている。
そのためこのような問題を解決するために、特許文献１，２に示すようにフィルムマスク外周部を引っ張ることでフィルムマスク全体を弾性変形させて位置合わせを行い、この状態で露光を行うプリント配線基板用の露光装置が既に提案され、使用されている。しかし、このようなプリント配線基板用の露光装置は、新規な露光装置とするか或いは既存の露光装置を大幅に改良する必要がある。またフィルムマスク全体を変形させる構成のため、フィルムマスクの一部分の歪みには完全には対応できない問題がある。
従来のフィルムマスクを用いた密着式露光装置の要求も依然として高く、また既存の露光装置を継続して使用したいという要求も高いのが現状である。

特許第3345178号 特許第3402681号

そのため、既存の露光装置を用いて、高精度の位置合わせを実現するためには、実際の生産現場においては、作業者が基板とフィルムマスクの位置合わせ状態を記憶し、一旦マスクホルダを取り出し、ずれている部分を擦るなどの作業を行ってフィルムマスクの一部分の歪みを修正し、補正しているのが現状である。
しかし、このような従来の修正、補正方法では、作業者の記憶、勘に頼る部分が多い上、熟練を要し、更にこの作業中は生産が中断されるため生産性が低下するという問題も発生している。
本発明は、このような従来の問題点を解決することを目的とし、フィルムマスクの回路パターンと基板の回路パターンとの部分的なズレを、画像で確認しながら容易かつ正確に、また生産性を低下させずに、露光装置外で修正、補正できるフィルムマスク修正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のフィルムマスク修正装置は、位置合わせのための基板マークを有する基板を載置する基板テーブルと、位置合わせのためのマスクマークを有するフィルムマスクを前記基板テーブルの上方で載置する、透明体からなるフィルムマスク基台と、前記基板と前記フィルムマスクとを重ねて撮像可能な撮像装置と、前記基板マークとマスクマークを前記撮像装置により撮像し、該撮像された基板マークとマスクマークとに基づいて、基板とフィルムマスクの位置合わせを行う、位置合わせ装置と、前記撮像装置により撮像した基板とフィルムマスクに基づいて、フィルムマスクの所望位置を変形させる加圧装置と、該加圧装置によるフィルムマスクの変形を保持するようにフィルムマスクを前記フィルムマスク基台に固定するフィルムマスク固定装置と、前記フィルムマスクを保持して露光装置に装着するためのフィルムマスクホルダに、前記フィルムマスクの変形を保持したまま該フィルムマスクを移設する移設装置と、を備えたことを特徴とする。
前記フィルムマスクを移設したフィルムマスクホルダを、前記フィルムマスクの変形を保持したまま、露光装置に移動する移動装置を更に備えることも可能である。
また前記フィルムマスク基台を前記基板テーブルに密着固定する基板テーブル密着固定装置を更に備え、該フィルムマスク基台を該基板テーブルに密着固定した状態で前記加圧装置によりフィルムマスクの所望位置を変形させる、ことが望ましい。
また前記フィルムマスク基台を前記フィルムマスクホルダに密着固定するマスクホルダ密着固定装置を更に備え、該フィルムマスク基台を該フィルムマスクホルダに密着固定した状態で、前記移設装置によりフィルムマスクを移設する、ことが望ましい。
前記撮像装置には、テレセントリックレンズを用いるのが望ましい。また前記加圧装置が、ラビングブロックを有することが望ましい。

本発明のフィルムマスク修正装置によれば、作業者の記憶、勘に頼らず、容易かつ正確な位置合わせが可能となる。また、修正作業は露光装置外で行えるため露光装置を停止することなく、生産性が向上する。また装置が安価であり、既存の密着式露光装置を継続使用できる、等の効果がある。

本発明の一実施形態を示す概略正面図。 本発明の一実施形態におけるフィルムマスク固定装置２２の側面図。 本発明の一実施形態におけるフィルムマスク固定装置２２の平面図。 本発明の一実施形態におけるフィルムマスク固定装置７１の側面図。 本発明の一実施形態における真空源切換装置７６のブロック図。 本発明の一実施形態を示す概略側面図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。 本発明の一実施形態の動作を示す説明図。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、このフィルムマスク修正装置は、基板テーブル１、フィルムマスク基台２、撮像装置３、加圧装置４、移設装置５及び制御装置６を備えている。
このフィルムマスク修正装置はプリント配線基板の露光工程ライン外に設置されている。

基板テーブル１には基板９０が載置され、吸着固定装置により固定され、また基板９０の上には基板９０を保護するための保護フィルム１１が覆設されるようになっている。基板テーブル１にはＸＹθ移動機構１０が設けられており、基板テーブル１はＸＹθ方向に移動可能になっている。この基板テーブル１の移動により、基板９０とフィルムマスク９５の位置合わせが行われる。基板９０には位置合わせ用の基板マーク９１が設けられている。

位置合わせ装置９は、前記ＸＹθ移動機構１０と撮像装置３から構成されており、基板マーク９１とフィルムマスク９５に設けられたマスクマーク９６を撮像装置３で撮影し、該マークを基準に移動機構１０により基板９０を移動させて位置合わせを行うように構成されている。

フィルムマスク基台２は、基板テーブル１の上方に配置され、透明なガラス板２０と、該ガラス板２０を昇降させる昇降装置２１とを備えている。ガラス板２０にはフィルムマスク固定装置２２が設けられており、加圧装置４によりフィルムマスク９５の変形修正が行われたら、その変形を保持するようにフィルムマスク９５をフィルムマスク基台２に固定するように構成されている。この実施例ではフィルムマスク固定装置２２としてフィルムマスク９５を吸着固定する真空吸着機構を採用している。
ガラス板２０に変えて、塩ビ板、アクリル板などの加工性の容易な材料を使用可能である。 その他、所定以上の硬度を有する弾性体で、可視光〜近赤外光を透過するものであれば使用可能であり、光透過性として可視光〜近赤外光の透過率80％以上、望ましくは90％以上、 硬度としてロックウェルR120以上が望ましい。塩ビ、アクリル等は表面硬化処理を行っても良い。

フィルムマスク基台２は、図２と図３に示すようにガラス板２０を支持するフレーム２５を備えており、該フレーム２５に吸着溝２３が設けられている。吸着溝２３は４角の枠形状をなし、真空源２４と連結しており、フィルムマスク９５の周囲を吸引して固定するようになっている。この吸着溝２３と真空源２４によりフィルムマスク固定装置２２を構成している。

昇降装置２１はガラス板２０を下降させて、ガラス板２０を保護フィルム１１に覆われた基板９０上に重ね合わせて密着させるように構成されている。昇降装置２１はまた、上昇してフィルムマスクホルダ７０にフィルムマスク９５を移設するようになっている。

図２に示すように、フィルムマスク基台２と基板テーブル１は基板テーブル密着固定装置１５により密着固定できるように構成されている。基板テーブル密着固定装置１５は、フィルムマスク基台２と基板テーブル１の間をシールするパッキン１６を備えており、フィルムマスク基台２と基板テーブル１の周囲をシールし、その内部に密閉空間１７を形成するように構成されている。
この密閉空間１７には真空源１８が連結され、密閉空間１７を負圧にすることにより、フィルムマスク基台２と基板テーブル１を密着固定することが可能に構成されている。
フィルムマスク基台２と基板テーブル１を密着固定することにより、フィルムマスク基台２上のフィルムマスク７１の変形修正を効率的且つ確実に行える。

撮像装置３は、ＣＣＤカメラ３０、テレセントリックレンズ３１、ＬＥＤリング照明３２及び撮影画像を表示する表示器３３を備えており、基板９０とフィルムマスク９５及び基板マーク９１とマスクマーク９６を重ね合わせて撮影するようになっている。撮像装置３は、基板マーク９１とマスクマーク９６の数に応じて複数台設けても良い。また撮像装置３は基板９０とフィルムマスク９５の全体を撮影できるように移動可能になっている。

ＣＣＤカメラ３０とテレセントリックレンズ３１はガラス板２０に直交して設置されており、ＣＣＤカメラ３０で撮影した画像から、ガラス板２０挟んだ基板９０とフィルムマスク９５の画面の差分を、観測角度による誤差を回避して観測することができるようになっている。また、テレセントリックレンズ３１を用いているため、ガラス板２０の厚みに係りなく、同一の倍率で観測できる。

加圧装置４は、種々の構成のものが可能であるが、この実施形態ではウレタン製のゴムブロックであるラビリングブロック４０を用いている。このラビリングブロック４０により、ガラス板２０上でフィルムマスク９５の修正を行う。
作業者は、表示器３３に表示された基板９０とフィルムマスク９５のパターンのずれを発見したら、基板製品パターン９２とマスク製品パターン９７の画像を見ながら、基板製品パターン９２とマスク製品パターン９７が一致するようにラビリングブロック４０によりフィルムマスク９５を擦り、フィルムマスク９５を変形させ修正する。このフィルムマスク９５の変形は前記したようにフィルムマスク固定装置２２により保持される。
なお、フィルムマスクと基板の位置合わせ、カメラ移動、ラビングを全て自動化することも可能である。

移設装置５は、変形修正されたフィルムマスク９５を該変形を保持したまま、フィルムホルダ７０に移設するためのものであり、前記フィルムマスク固定装置２２と昇降装置２１及びフィルムマスクホルダ７０に設けられたフィルムマスク固定装置７１及び制御装置６から構成されている。

フィルムマスクホルダ７０は露光装置に装着して使用されるものであり、図６に示すフィルムマスクホルダ支持装置７によりマスク基台２の上方に設置可能になっており、ガラス板２０上で変形修正されたフィルムマスク９５を受け取り、該変形修正を保持したまま次工程にフィルムマスク９５を移設するように構成されている。

フィルムマスクホルダ７０の下面（フィルムマスク基台２側）にはフィルムマスク固定装置７１が設けられており、下面にフィルムマスク９５を変形を保持したまま密着固定するようになっている。フィルムマスク固定装置７１はこの実施形態では真空密着機構になっている。

図４に示すように、フィルムマスクホルダ７０は、フレーム７２とガラス板７３を有しており、フレーム７２にはガラス板７３を囲むように吸着溝７４が形成され、吸着溝７４は真空源切換装置７６を介して真空源７５に連結されている。吸着溝７４は４角形の枠形状をなしており、真空源７５により負圧となって、フィルムマスク９５をガラス板７３に密着させるように構成されている。このガラス板７３と吸着溝７４及び真空源７５と真空源切換装置７６更に前記制御装置６とによりフィルムマスク固定装置７１を構成している。

前記したように移設装置５は、前記フィルムマスク固定装置２２と昇降装置２１及びフィルムマスクホルダ７０に設けられたフィルムマスク固定装置７１及び制御装置６から構成されており、昇降装置２１によりガラス板２０をフィルムマスクホルダ７０に向けて上昇させて、フィルムマスク９５をフィルムマスクホルダ７０にフィルムマスク固定装置７１により真空密着させ、次にフィルムマスク固定装置２２の固定を解いて、ガラス板２０側の真空密着を解除し、フィルムマスク９５をガラス板２０から解放して、フィルムマスク９５をフィルムマスクホルダ７０側に移動させるように構成されている。

そして、フィルムマスクホルダ７０はフィルムマスク固定装置７１によるフィルムマスク９５の固定を維持したまま、露光装置に装着され、露光が行われる。
これらの動作は制御装置６により行われる。この移設装置５により、変形修正されたフィルムマスク９５は該変形を保持ったまま、フィルムホルダ７０に移設され、露光装置に装着される。

図４に示すように、フィルムマスク基台２とフィルムマスクホルダ７０はマスクホルダ密着固定装置８５により密着固定できるように構成されている。マスクホルダ密着固定装置８５は、フィルムマスク基台２とフィルムマスクホルダ７０の周囲をシールするパッキン８２を備えており、フィルムマスク基台２とフィルムマスクホルダ７０の周囲をシールし、その内部に密閉空間８４を形成するように構成されている。
この密閉空間８４には真空源８３が連結され、密閉空間８４を負圧にすることにより、フィルムマスク基台２とフィルムマスクホルダ７０を密着固定することが可能に構成されている。
フィルムマスク基台２とフィルムマスクホルダ７０を密着固定することにより、フィルムマスク基台２からフィルムマスクホルダ７０へのフィルムマスク９５の移設を、位置ずれを生じさせずに、効率的且つ確実に行える。

移動装置８は、フィルムマスクホルダ７０をフィルムマスクホルダ支持装置７から露光装置Ｚへと、フィルムマスク９５の変形を保ったまま移動させる。図６に示すように、移動装置８は、移動台車８０と真空源８１を有し、フィルムマスクホルダ７０を載置して、フィルムマスクホルダ７０を露光装置Ｚまで移動させる。その間、フィルムマスクホルダ７０のフィルムマスク固定装置７１は真空源８１によりフィルムマスク９５の吸引を維持して、修正変形を保つようになっている。
フィルムマスクホルダ７０と真空源７５との間に設けられた真空源切換装置７６は、図５に示すように複数のコネクター７８と切換バルブ７７を備えており、コネクター７８を真空源７５と真空源８１につなげて、切換バルブ７７により真空源を切り替えることにより、フィルムマスク９５の固定状態を維持したまま、フィルムマスクホルダ７０をフィルムマスクホルダ支持装置７から移動装置８へと載せ替えることが出来るように構成されている。

図７乃至図１４により動作を説明する。
図７に示すように、基板テーブル１上に基板９０をセットし、保護フィルム１１で覆う。次にフィルムマスク９５をフィルムマスク基台２のガラス板２０にセットし、フィルムマスク固定装置２２により固定する（図８）。そして昇降装置２１によりガラス板２０を下降させ、基板９０上に重ね、フィルムマスク９５と基板９０をガラス板２０を挟んで合わせ、撮像装置３により基板９０とフィルムマスク９５の映像を得る（図９）。そして、位置合わせ装置９により位置合わせを行う。即ち、ＸＹθ移動機構１０の調整ハンドルを回して基板マーク９１とマスクマーク９６の位置合わせを行い（図９、図１０）、位置合わせが完了したら、基板テーブル密着固定装置１５によりフィルムマスク基台２を基板テーブル１に密着固定する。そして、撮像装置３によりフィルムマスク９５と基板９０の全体を走査して撮影し、表示器３３を見ながら画像で確認したパターンのずれている部分を検出し、該部分をラビングブロック４０で擦り、フィルムマスク９５を部分的に変形し、基板製品パターン９２とマスク製品パターン９７が合致するようにフィルムマスク９５を修正する（図１１）。
なお、以上の作業は自動化することも可能である。

次に移設装置５によるフィルムマスク９５の移設を行う。まずフィルムマスクホルダ７０をフィルムマスク基台２の上方にセットし（図１２）、次に制御装置６は昇降装置２１によりガラス板２０をフィルムマスクホルダ７０に向けて上昇させて、マスクホルダ密着固定装置８５によりフィルムマスク基台２をフィルムマスクホルダ７０に密着固定させる（図１３）。この状態で、フィルムマスク９５をフィルムマスクホルダ７０にフィルムマスク固定装置７１により真空密着させ、次にガラス板２０側のフィルムマスク固定装置２２による固定を解いて、真空密着を解除し、フィルムマスク９５をガラス板２０から解放して、フィルムマスク９５をフィルムマスクホルダ７０側に移動させる。その後、マスクホルダ密着固定装置８５によるフィルムマスク基台とフィルムマスクホルダ７０の固定を開放し、ガラス板２０を下降し、フィルムマスクホルダ７０を取り出して（図１４）、移動装置８により、該フィルムマスクホルダ７０をフィルムマスクホルダ支持装置７から露光装置Ｚへと、フィルムマスク９５の変形を保ったまま移動させる（図６）。露光装置Ｚにおいては、変形修正されたフィルムマスク９５により露光が行われる。

１：基板テーブル、２：フィルムマスク基台、３：撮像装置、４：加圧装置、５：移設装置、６：制御装置、７：フィルムマスクホルダ支持装置、８：移動装置、９：位置合わせ装置、１０：ＸＹθ移動機構、１１：保護フィルム、１５：基板テーブル密着固定装置、１６：パッキン、１７：密閉空間、１８：真空源、２０：ガラス板、２１：昇降装置、２２：フィルムマスク固定装置、２３：吸着溝、２４：真空源、２５：フレーム、３０：ＣＣＤカメラ、３１：テレセントリックレンズ、３２：ＬＥＤリング照明、３３：表示器、４０：ラビリングブロック、７０：フィルムマスクホルダ、７１：フィルムマスク固定装置、７２：フレーム、７３：ガラス板、７４：吸着溝、７５：真空源、７６：真空源切換装置、７７：切換バルブ、７８：コネクター、８０：移動台車、８１：真空源、８２：パッキン，８３：真空源，８４：密閉空間，８５：マスクホルダ密着固定装置、９０：基板、９１：基板マーク、９２：基板製品パターン、９５：フィルムマスク、９６：マスクマーク、９７：マスク製品パターン。

Claims (6)

1. 位置合わせのための基板マークを有する基板を載置する基板テーブルと、
   位置合わせのためのマスクマークを有するフィルムマスクを前記基板テーブルの上方で載置する、透明体からなるフィルムマスク基台と、
   前記基板と前記フィルムマスクとを重ねて撮像可能な撮像装置と、
   前記基板マークとマスクマークを前記撮像装置により撮像し、該撮像された基板マークとマスクマークとに基づいて、基板とフィルムマスクの位置合わせを行う、位置合わせ装置と、
   前記撮像装置により撮像した基板とフィルムマスクに基づいて、フィルムマスクの所望位置を変形させる加圧装置と、
   該加圧装置によるフィルムマスクの変形を保持するようにフィルムマスクを前記フィルムマスク基台に固定するフィルムマスク固定装置と、
   前記フィルムマスクを保持して露光装置に装着するためのフィルムマスクホルダに、前記フィルムマスクの変形を保持したまま該フィルムマスクを移設する移設装置と、
   を備えたことを特徴とするフィルムマスク修正装置。
2. 前記フィルムマスクを移設したフィルムマスクホルダを、前記フィルムマスクの変形を保持したまま、露光装置に移動する移動装置を更に備えた、
   請求項１のフィルムマスク修正装置。
3. 前記フィルムマスク基台を前記基板テーブルに密着固定する基板テーブル密着固定装置を更に備え、該フィルムマスク基台を該基板テーブルに密着固定した状態で前記加圧装置によりフィルムマスクの所望位置を変形させる、
   請求項１又は２のフィルムマスク修正装置。
4. 前記フィルムマスク基台を前記フィルムマスクホルダに密着固定するマスクホルダ密着固定装置を更に備え、該フィルムマスク基台を該フィルムマスクホルダに密着固定した状態で、前記移設装置によりフィルムマスクを移設する、
   請求項１又は２又は３のフィルムマスク修正装置。
5. 前記撮像装置が、テレセントリックレンズを用いた、
   請求項１又は２又は３又は４のフィルムマスク修正装置。
6. 前記加圧装置が、ラビングブロックを有する、
   請求項１又は２又は３又は４のフィルムマスク修正装置。

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