JP6460699B2

JP6460699B2 - ダイレクト露光装置

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Publication number: JP6460699B2
Application number: JP2014196543A
Authority: JP
Inventors: 典夫橋本; 森田　亮; 亮森田
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: JP2016070952A

Description

本発明は、供給リールから繰り出されて巻取リールに巻き取られる長尺状ワークの搬送中に、その表裏の一面にパターンを描画する、いわゆるロールトゥロール方式のダイレクト露光装置に関する。

一般的に、携帯電話やモバイル機器等に用いられる電子回路基板（プリント回路基板）のベース素材として、例えば、厚みが０．１ｍｍ以下で長さが５００ｍｍ以上（例えば１００ｍ）の長尺状ワーク（感光性長尺フィルム（表裏の少なくとも一面に感光体を塗布した合成樹脂製柔軟フィルム））をロール状にしたものが使用されている。また近年、転写マスクを使わず描画光を直接基板に照射してパターンを描画するダイレクト露光装置が市場に台頭し、長尺状ワークに対してもこの露光方式を採用する要求が高まっている。

このようなロールトゥロール方式のダイレクト露光装置として、連続的な長尺状ワークの搬送と露光を行うために、供給リールと巻取リールの間に位置させた平板状のコンベア（露光コンベア）により長尺状ワークを保持し、該コンベア上で露光を行うダイレクト露光装置が知られている（特許文献１）。

また、供給リールと巻取リールの間に位置させたローラ（露光ローラ）の円筒面上を進行する長尺状ワークに対して露光を行うダイレクト露光装置も知られている（特許文献２）。

特開２００６−０９８７２０号公報特開２０１４−０３５４１２号公報

平面状のコンベア上で露光する方式と円筒状のローラ上で露光する方式を比べると、コンベア方式は、ワークの被露光領域全体を平面状にする点では優れるが、ライン長が長くなるために露光装置が大型化しやすく、また露光位置で局所的に見た場合の面精度が悪い。これに対し、ローラ方式はライン長が短縮できるので露光装置の小型化が可能であり、かつ面精度（面の滑らかさ）とワーク送り精度の面で優れている。一方、ローラ方式は円筒面（曲面）上で露光を行うため、露光画像の焦点が合うエリアが狭く、細線の描画が困難になるという問題がある。この問題は露光ローラ径を大きくすれば軽減されるが、小型化が犠牲にされてしまう。

本発明は、露光ローラ方式のダイレクト露光装置において、露光ローラ径の増大を抑えながら、露光画像の焦点が合うエリアを拡大し、描画パターンを細線化することができるダイレクト露光装置を得ることを目的とする。

本発明は、供給リールから繰り出され巻取リールに巻き取られる長尺状ワークにパターンを露光する光変調素子アレイを用いたダイレクト露光装置であって、上記供給リールと巻取リールの間において、長尺状ワークをその周面の一定範囲に渡って保持しながら回転する円筒部材；長尺状ワークを、上記円筒部材からの離脱位置において上記円筒部材の軸直交断面における径方向と直交する接線方向に案内するガイド手段；及び上記円筒部材から離脱して上記接線方向に延びる長尺状ワークに対し、上記離脱位置を含む搬送方向の前後一定幅においてパターンを描画する露光手段；を備え、上記前後一定幅は、離脱位置から搬送方向下流側の幅が上流側の幅より広いことを特徴としている。

本発明のダイレクト露光装置はさらに、長尺状ワークに形成されているアライメントマークを撮像するアライメントカメラが、上記円筒部材を挟んで上記露光手段と対向する位置に配置されていることが好ましい。

さらに、露光手段光軸とアライメントカメラ光軸は鉛直方向に向いていることが好ましい。

本発明によれば、露光ローラを用いて長尺状ワークを連続的に露光するダイレクト露光装置でありながら、円筒状部材の離脱位置を含む搬送方向の前後一定幅においてパターンを描画するため、露光エリアに接線（接平面）方向の平面エリアが含まれることとなり、露光画像の焦点が合うエリアを従来の露光ローラ型のダイレクト露光装置よりも広くとることが可能となる。その結果、露光するパターンの細線化が可能となる。

本発明によるダイレクト露光装置の全体構成を示す側面図である。同斜視図である。露光ユニットの一例を示す斜視図である。長尺状ワーク上の単位パターン領域（アライメントマーク）と、アライメントカメラと露光ユニットの間隔の例を説明する展開図である。露光ロールの詳細を示す軸直交断面図である。長尺状ワークに対する露光エリアの一例を示す図である。

図１、図２は、本発明によるダイレクト露光装置１００の一実施形態を示す全体図である。ダイレクト露光装置１００は、巻回された長尺状ワーク（以下単にワーク）Ｗを繰り出す供給リール１０と、ワークＷを巻き取る巻取リール１１との間に、露光ロール４０が位置し、この露光ロール４０の上下に露光ユニット（露光描画部）３０とアライメントカメラ５０が備えられている。ワークＷは、表裏の少なくとも一面に感光体を塗布した合成樹脂製柔軟フィルムからなり、供給リール１０を出たのち、ガイドローラ１２、１３を経て、露光ロール４０に至り、さらにガイドローラ１４を経て巻取リール１１に巻き取られる。

露光ロール４０は、図２、図５に示すように、軸心４１Ｘを中心に不図示の駆動源によって回転駆動される多孔円筒部材４１と、この多孔円筒部材４１内に位置する中心固定体４２とを有し、中心固定体４２には、その周面の一部に、多孔円筒部材４１の周面に形成した無数の微細孔（吸引孔）４１ａに負圧を及ぼす吸引凹部（溝）４２ａが形成されている。吸引凹部４２ａには、負圧源４３及び制御器（レギュレータ）４４を介して負圧が及ぼされる。吸引凹部４２ａに負圧が供給されている状態で多孔円筒部材４１を回転駆動すると、吸引凹部４２ａが形成された吸引区間α（図５）において、多孔円筒部材４１の微細孔４１ａから空気が吸引される結果、ワークＷが多孔円筒部材４１の周面に吸着保持されて回転する。

吸引凹部４２ａの吸引区間αと、ガイドローラ１３及びガイドローラ１４の位置は、多孔円筒部材４１を軸方向から見たとき、多孔円筒部材４１の最も高い位置（最上位置）と最も低い位置（最下位置）との間において、ワークＷが多孔円筒部材４１に吸引されて回転するように定められている。ガイドローラ１３は、多孔円筒部材４１の径方向に対して直交する最下方の水平な接線（接平面）方向からワークＷが多孔円筒部材４１に入り（下方の水平接線（接平面）方向と径方向との交点（交線）において吸引保持が開始され）、ガイドローラ１４は、多孔円筒部材４１の径方向に対して直交する最上方の水平な接線（接平面）方向へワークＷが出て行く（上方の水平接線（接平面）方向と径方向との交点（交線）において吸引保持が終了する）ように位置が定められている。すなわち、吸引凹部４２ａの吸引区間αは、多孔円筒部材４１にワークの吸着が開始される位置と、多孔円筒部材４１からワークＷが離脱される位置とに跨がる略半周の間（略１８０゜）に設定されている。なお、ワークＷは、少なくとも吸引区間αの両端部、すなわち、吸引開始位置と吸引開放位置とにおいて多孔円筒部材４１に吸引保持されればよい。

露光ロール４０の多孔円筒部材４１の外周には、図２に概念的に示すように、リニアスケール４５が形成されており、露光ロール４０の外側固定位置には、このリニアスケール４５を読み取って、多孔円筒部材４１の絶対回転位置を検出するリニアセンサ４６が配設されている。

図３は露光ユニット３０の具体例を示している。露光ユニット３０は、光源部２０を備え、光源部２０は、同じ内部構成を持つ２個の光源部２０ａと光源部２０ｂとで構成されている。光源部２０ａと光源部２０ｂとは同じ構成のため光源部２０ａを代表して説明する。

光源部２０ａは、ＵＶランプ２１と、第１全反射ミラー２２と、コンデンサーレンズ２３と、第２全反射ミラー２４と、フライアイレンズ２５と、アパーチャ（不図示）とから構成されている。光源部２０ａはＵＶランプ２１を備えており、ＵＶランプ２１からは３６５ｎｍから４４０ｎｍまでの各種の波長が混在した紫外光が射出される。

ＵＶランプ２１から射出された紫外光は、楕円ミラー２６により天方向に照射され、第１全反射ミラー２２により水平方向に向きを変え、コンデンサーレンズ２３にて集光され、第２全反射ミラー２４にて地面方向（ワークＷ方向）に向きを変える。向きを変えた紫外光はフライアイレンズ２５及びアパーチャを経て４分岐されたビームとなる。ビームは更に８個の第１投影レンズ３３と、８個の反射ミラー３４とを経由して、８個のＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）素子（光変調素子アレイ）３６に入射することで制御されたビームとなる。この制御されたビームは第２投影レンズ群３７を通過することで、投影する露光描画の倍率を調整して、ワークＷに照射される。つまり、描画装置ダイレクト露光装置１００は、所望の露光像をあらかじめ収納してある描画データに従い、光源部２０ａ及び光源部２０ｂの紫外光を制御する。

露光ユニット３０による露光エリアは、次のように定められている。上述のように、ワークＷは多孔円筒部材４１から離脱した後、ガイドローラ１４に従って多孔円筒部材４１の最上部において水平接線（接平面）方向に移動する（多孔円筒部材４１から離脱したワークＷは、ガイドローラ（ガイド手段）１４により離脱角度が水平となるよう調整される）。露光ユニット３０による露光エリアＡＥ（図２、図３、図６）は、厳密には単純な矩形ではないが、ここでは簡略的にワークＷの搬送方向と直交する方向（ワークＷの幅方向）に長手方向をとった矩形で表現されるとする。そしてその露光幅Ｙは、図６に示すように、多孔円筒部材４１の軸心４１Ｘと接線方向の交点（交線）Ｓを基準としたとき、交線Ｓより上流側（多孔円筒部材４１の円筒面側）の露光幅Ｙ１より、下流側（ガイドローラ１４側）の露光幅Ｙ２の方が大きく（Ｙ１＜Ｙ２）設定されている。

このように露光エリアを設定すると、次のメリットが得られる。多孔円筒部材４１に吸引されているワークＷは曲面をなしているが、上述のように、多孔円筒部材４１上は面精度（面の滑らかさ）とワーク送り精度の面で優れている。そこで、露光エリアＡＥ中に、面精度と送り精度の優れた多孔円筒部材４１上の露光エリア（幅Ｙ１）を含める。一方、交線Ｓより下流側の露光エリア（幅Ｙ２）は、ワークＷが平面と仮想されているが、実際には、多孔円筒部材４１から離脱しているため、円筒部材４１から離れるにつれ平面精度誤差（露光ユニット３０の理想焦点面と露光エリアＡＥとの偏差）が拡大する傾向にある。このため、露光エリアＡＥを交線Ｓより上流側と下流側に跨がらせている。また、交線Ｓより上流側の露光幅Ｙ１より、下流側の露光幅Ｙ２を大きく設定することにより、実質的な焦点深度（光学系の焦点深度から露光エリアＡＥのワークＷの平面精度誤差を差し引いたもの）が浅くなることを防ぎ、描画パターンの細線化を可能とする。すなわち、下流側の平面上の露光幅Ｙ２の方を曲面上の露光幅Ｙ１よりを大きくすることで、露光ユニット３０の焦点深度内にパターンを描くことが容易になる。具体的には、下流側の幅が７割以上、好ましくは８割以上に設定することが好ましい。具体的に露光幅Ｙが１０ｍｍであるとき、上流側の幅Ｙ１＝２〜３ｍｍ、下流側の幅Ｙ２＝８〜７ｍｍである。

もっとも、仮に露光エリアＡＥの交線Ｓより上流側の露光幅Ｙ１と、下流側の露光幅Ｙ２が等しいとしても（Ｙ１=Ｙ２）、露光エリアＡＥ中の半分が多孔円筒部材４１の接線（接平面）方向の平面エリアになることで、パターン描画に悪影響を与えるエリア（厳密な焦点位置からずれる領域）を小さくすることができる。

アライメントカメラ５０は、この実施形態では、ワークＷの幅方向に離間した一対が備えられている。このアライメントカメラ５０は、ワークＷに予め形成されているアライメントマークＭＡ（図４）を撮像して露光ユニット３０による描画座標系を定める（修正する）。アライメントカメラ５０は、ワークＷの露光ロール４０（多孔円筒部材４１）に対する吸着開始位置においてアライメントマークＭＡを撮像するものであるので、吸着開始位置は撮像位置に等しい。そして、アライメントカメラ５０と露光ユニット３０は、露光ロール４０を挟んで対向して配置され、またお互いの光軸が露光ロール４０を挟んで反対側の略鉛直位置に位置している。ここでの対向とは、アライメントカメラ５０の撮像方向と、露光ユニット３０の露光光出射方向がお互いに向き合っていることを意味するが、このとき必ずしもぞれぞれの光軸は同一軸線上にある必要は無く、基板搬送方向にオフセットしていても良い。アライメントカメラ５０と露光ユニット３０は、その少なくとも一方の光軸が厳密に鉛直方向を向くように配置することが好ましい。このようにアライメントカメラ５０と露光ユニット３０を配置することにより、アライメントカメラ５０と露光ユニット３０の光学系を最も安定した状態に保持することができ、最大の光学性能を得ることができる。

図４は、ワークＷ上の単位パターン領域ＡＰとアライメントマークＭＡ、及びアライメントカメラ５０（カメラ視野５０ａ）と露光ユニット３０による露光エリアＡＥの位置関係を示している。図示例では、アライメントマークＭＡは、１つの単位パターン領域ＡＰ（１回にアライメント及び描画する範囲）に対し、４個（２個×２列）が形成されており、アライメントカメラ５０はカメラ視野５０ａの中心においてアライメントマークＭＡを撮像するように位置調整可能である。

なお、アライメントマークＭＡの個数および配置は描画するパターンに応じて適宜設定されるものであり、アライメントカメラ５０の数や配置はそれに応じて決められるものであることは言うまでもない。

上記構成の本ダイレクト露光装置１００は、次のように動作する。供給リール１０、露光ロール４０、巻取リール１１がサーボ系によって正確に同期回転制御され、供給リール１０に巻回されているワークＷは、ガイドローラ１２、１３、露光ロール４０、ガイドローラ１４を経て巻取リール１１に巻き取られる。露光ロール４０の多孔円筒部材４１の回転位置は、リニアスケール４５、リニアセンサ４６によって正確に検出される。

このワークＷの搬送移動中に、負圧源４３及び制御器（レギュレータ）４４を介して吸引凹部４２ａに負圧を及ぼすと、ワークＷが吸引区間αにおいて多孔円筒部材４１の周面に吸着される。すなわち、多孔円筒部材４１の最も下方の吸着開始位置から最も上方の離脱位置までワークＷが多孔円筒部材４１の周面に保持されて円筒面上を移動する。吸着開始位置は、同時にアライメントカメラ５０によるアライメントマークＭＡの撮像位置である。ワークＷの吸着は、撮像位置では必ず開始されているように、撮像位置よりも僅かに上流側（供給側）から開始することが好ましい。

そして、ワークＷが進行して、１つの単位パターン領域ＡＰの４個（２個×２列）のアライメントマークＭＡがアライメントカメラ５０によって撮像されると、その単位パターン領域ＡＰの座標系が定まる。１つの単位パターン領域ＡＰのアライメントマークＭＡの撮像が終わると、連続して次の単位パターン領域ＡＰのアライメントマークＭＡの撮像が開始され、新たな座標系が定まる。

単位パターン領域ＡＰの４つのアライメントマークＭＡの撮像が終了すると、アライメント計測部が、計測した単位パターン領域ＡＰと設計上の単位パターン領域ＡＰの位置およびスケーリング誤差を計算する（アライメント）。露光制御部は、上記の誤差に基づいて、描画データを座標変換し、露光ユニット３０による補正描画データを作成する。

単位パターン領域ＡＰの先端が露光ユニット３０に到達すると、露光制御部が補正描画データに従って露光ユニット３０のＤＭＤ素子３６を変調し、ワークＷ上にパターン光を照射し、ワークＷの感光剤層にパターンを形成する。このパターン形成は、既知の多重露光方法によって行われる。多孔円筒部材４１へのワークＷの吸着解除は、ワークＷが露光位置で多孔円筒部材４１から離脱しない（保持されている）限り、露光位置、あるいは露光位置よりも僅かに上流側（供給側）で行うことができる。

露光ユニット３０が露光動作を行っている間に、平行して次の単位パターン領域ＡＰのアライメントマーク撮像ステップと、データ補正ステップが実行される。このため、単位パターン領域ＡＰの露光が終了すると、露光ユニットは次の単位パターン領域ＡＰの露光を連続して開始することができる。

アライメントマーク撮像ステップとデータ補正ステップを平行して行うために、露光ユニット３０とアライメントカメラ５０は、図４に示すように、単位パターン領域ＡＰの大きさを考慮して、両者の間に単位パターン領域ＡＰの４つのアライメントマークＭＡが入るように（両者の間の距離が単位パターン領域ＡＰよりも長くなるように）その位置を離している。本実施形態の露光ユニット３０とアライメントカメラ５０は、露光ロール４０を挟んで上下に位置しているため、露光ロール４０を小型化しても、その距離を確保することができる。また、露光ユニット３０とアライメントカメラ５０が、露光ロール４０を挟んで鉛直方向に並んで配置されているため、最も効率よくローラを利用でき、ワークＷの位置合わせ精度と生産性を向上させることができる。

以上のように、本実施形態によると、露光ロール４０の径を押さえながらもワークＷのアライメントと描画位置の補正を精度よく行うことができ、また、露光画像の焦点が合うエリアを従来の露光ローラ型のダイレクト露光装置よりも広くとることが可能となる。その結果、従来のダイレクト露光装置よりも省スペースで高精度な処理が可能な露光装置が得られる。

１００ダイレクト露光装置
１０供給リール
１１巻取リール
１２１３１４ガイドローラ（ガイド手段）
３０露光ユニット（露光描画部）
３６ＤＭＤ素子（光変調素子アレイ）
４０露光ロール
４１多孔円筒部材
４１ａ微細孔
４２中心固定体
４２ａ吸引凹部
４３負圧源
４４制御器
４５リニアスケール
４６リニアセンサ
５０アライメントカメラ（撮像手段）
ＭＡアライメントマーク
Ｗ長尺状ワーク
α 吸引区間

Claims

供給リールから繰り出され巻取リールに巻き取られる長尺状ワークにパターンを露光する光変調素子アレイを用いたダイレクト露光装置であって、
上記供給リールと巻取リールの間において、長尺状ワークをその周面の一定範囲に渡って保持しながら回転する円筒部材；
長尺状ワークを、上記円筒部材からの離脱位置において上記円筒部材の軸直交断面における径方向と直交する接線方向に案内するガイド手段；及び
上記円筒部材から離脱して上記接線方向に延びる長尺状ワークに対し、上記離脱位置を含む搬送方向の前後一定幅においてパターンを描画する露光手段；を備え、
上記前後一定幅は、離脱位置から搬送方向下流側の幅が上流側の幅より広いことを特徴とするダイレクト露光装置。
請求項１記載のダイレクト露光装置において、上記長尺状ワークに形成されているアライメントマークを撮像するアライメントカメラが、上記円筒部材を挟んで上記露光手段と対向する位置に配置されているダイレクト露光装置。
請求項２記載のダイレクト露光装置において、上記露光手段光軸とアライメントカメラ光軸は鉛直方向に向いているダイレクト露光装置。