JP2010003939A - 基板の製造方法、基板の製造装置及び基板 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストであって汎用性に優れており製造工数が削減された、基板の製造方法、基板の製造装置及び基板を提供することを課題とする。
【解決手段】本明細書に開示の基板の製造方法は、基板１０の一方の面１０ａにアライメントマーク１７ａを形成する工程と、アライメントマーク１７ａの位置を検出する工程と、アライメントマーク１７ａの位置に対応した基板１０の他方の面１０ｂの位置に、基板１０に対して透過性を有する波長のレーザＬを集光させて走査することによりマーク１２を形成する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の製造方法、基板の製造装置及び基板に関する。

従来から、基板の両面にレジストパターンを形成する技術が知られている。代表的なものとしては以下の方法が知られている。まず基板の一方の面に、アライメントマークを含むレジストパターンを形成する。次に、アライメントマークが描画されたマスクを、基板の他方の面と対向するように配置する。ここで、基板の一方の面に形成されたアライメントマークと、マスクに描画されたアライメントマークとが重なるように位置合わせを行う。その後に、基板の他方の面を露光することにより、両面にレジストパターンが精度よく形成される。尚、位置合わせは、基板の両面側にそれぞれ個別に配置したカメラで、基板の一方に形成されたアライメントマークの位置と、マスクに描画されたアライメントマークの位置とを検出することにより行われる。

また、特許文献１には、以下のようなレジストパターンの形成に関する技術が開示されている。基板を透過する波長の光を用いて、基板の一方の面に形成されたアライメントマークの位置を基板の他方の面から検出し、アライメントマークとマスクに描画されたアライメントマークとを位置合わせを行う。次に、基板の他方の面を露光して、レジストパターンを形成する。

また、特許文献２には、以下のようなマーキングに関する技術が開示されている。基板の両面に対してそれぞれ配置された一対の光ファイバから、レーザを基板に対して照射することにより、基板の両面の同一箇所にマーキングを行う。

特開２００４−４５９３３号公報 特開昭６０−１４６６８４号公報

しかしながら、従来の技術では、基板の一方の面に形成されたアライメントマークの位置と、マスクに描画されたアライメントマークの位置とを、それぞれ個別のカメラにより検出する必要がある。このため、設備コストが増大していた。

また、特許文献１に開示されている技術では、基板の何れか一方の面に不透明層が形成されている場合には、基板の他方の面から、一方の面に形成されたアライメントマークを確認することができない。また、基板の一方の面が鏡面加工されていない場合にも同様である。従って特許文献１に開示されている技術は、多種多様な基板に対応できずに汎用性に乏しい。

また、特許文献２に開示されている技術においては、一対の光ファイバの位置合わせは、一方の光ファイバから照射されて他方の光ファイバに入射したレーザの出力を検出することにより行う。この位置合わせは、それぞれの光ファイバを支持する支持台が移動することにより行われる。また、基板に対する位置合わせマークは最低２箇所形成する必要がある。従って、基板へマーキングする位置を変更するたびに一対の光ファイバの位置合わせが必要となり、位置合わせが２回必要となる。また、位置合わせマークは最低２箇所形成する必要があるので、レーザの照射は、２回行う必要がある。このように特許文献２に開示されている技術では、製造工数が増大する。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストであって汎用性に優れており製造工数が削減された、基板の製造方法、基板の製造装置及び基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本明細書開示の基板の製造方法は、基板の一方の面にアライメントマークを形成する工程と、前記アライメントマークの位置を検出する工程と、前記アライメントマークの位置に対応した前記基板の他方の面の位置に、前記基板に対して透過性を有する波長のレーザを集光させて走査することによりマークを形成する工程と、を含む。

基板の一方の面に形成されたアライメントマークのみを検出すればよいので、基板の両面をそれぞれ検出する手段を必要としない。従って、低コストで基板を製造できる。また、基板の他方の面にレーザを集光させてマークを形成するので、他方の面に不透明層が形成されている場合や、他方の面が鏡面加工されていない基板に対してもマークを形成できる。従って多種多様の基板に対してもマークを形成でき汎用性に優れている。また、レーザを走査することによってマークを形成するので、レーザによる照射位置の位置決め工程とレーザを照射する工程とはそれぞれ１回で行われる。これにより工程数が削減されている。

また、本明細書開示の基板の製造装置は、基板の一方の面に形成されたアライメントマークを検出するカメラと、前記基板に対して透過性を有する波長のレーザを照射するレーザ発振器と、前記アライメントマークの位置に対応した前記基板の他方の面の位置に前記レーザを集光させるレンズと、前記基板を移動可能に保持して前記基板に対する前記レーザの集光位置を走査するステージと、を備えている。

また、上記製造方法、製造装置により形成された基板は、両面にアライメントマークが形成されており、両面の一方の面に形成されたアライメントマークと重なる位置にレーザ痕が形成されている。

低コストであって汎用性に優れており製造工数が削減された、基板の製造方法、基板の製造装置及び基板を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

基板の両面にレジストパターンを形成する方法について説明する。図１乃至図３は、基板の両面にレジストパターンを形成する方法の説明図である。

基板１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などに用いられるシリコン基板である。まず、基板１０の一方の面１０ａにレジストパターンを形成する方法について説明する。図１Ａに示すように、一方の面１０ａにレジスト１６ａが貼り付けられた基板１０を、θステージ１１４上に設置する。次に、アライメントマーク２７とレジストパターン２８とが描画されたマスク２０をレジスト１６ａに対向させて設置する。そして、レジスト１６ａに向けて紫外線を照射して露光する。その後現像を行うと、図１Ｂに示すように、基板１０の一方の面１０ａに、アライメントマーク１７ａ、レジストパターン１８ａが形成される。このように、一方の面１０ａにレジストパターンを形成する方法は従来の方法と同様である。

次に、基板１０の他方の面１０ｂにマークを形成する工程について説明する。図２Ａに示すように、基板１０の一方の面１０ａに形成されたアライメントマーク１７ａの位置を、一方の面１０ａの上側に配置されたマーク検出用カメラ２４０により検出する。マーク検出用カメラ２４０によるアライメントマーク１７ａの位置の検出は、アライメントマーク１７ａ周辺の光反射率の差異から可能である。次に、図２Ａにおいては不図示であるが、カメラ２４０と同様に一方の面１０ａの上側に配置されたレーザ発振器等を用いて、アライメントマーク１７ａの位置に対応する、基板１０での他方の面１０ｂの位置に、レーザＬを集光させる。尚、この際レーザＬは、基板１０を透過する波長に設定されている。詳細には、レーザＬの波長は、石英基板の場合は０．１８５〜２．５μｍ、サファイア基板の場合は０．１８〜４．５μｍ、シリコン基板の場合は１．２〜７μｍであることが望ましい。

そしてアライメントマーク１７ａに沿うようにレーザＬを走査する。詳細には、基板１０を保持した不図示のステージを移動させることにより、レーザＬをアライメントマーク１７ａに沿うように走査させる。これにより集光点Ｆは、アライメントマーク１７ａに沿うように移動する。これにより、図２Ｂに示すように、基板１０の他方の面１０ｂには、アライメントマーク１７ａと対応するようにレーザ痕が形成される。

次に、基板１０の他方の面１０ｂにレジストパターンを形成する工程について説明する。図３Ａに示すように、他方の面１０ｂにレジスト１６ｂが貼り付けられた基板１０を、他方の面１０ｂが上面を向くように裏返しにした状態でθステージ１１４に設置する。そして、他方の面１０ｂと対向するようにマスク２０を設置する。次に、マーク検出用カメラ２４０により他方の面１０ｂに形成されたマーク１２の位置を検出する。尚、レジスト１６ｂはある程度の透過性を有しているため、他方の面１０ｂにレジスト１６ｂが貼り付けられた場合であっても、マーク検出用カメラ２４０によりマーク１２の位置を検出することができる。

次に、マーク１２とアライメントマーク２７とが重なるように、基板１０を移動させて位置合わせを行う。次に、図３Ｂに示すように、基板１０の他方の面１０ｂに向けて紫外線を照射して露光する。その後現像を行うと、図３Ｃに示すように、基板１０の他方の面１０ｂにも、アライメントマーク１７ｂ、レジストパターン１８ｂが形成される。このように、基板１０の両面にレジストパターンが形成される。尚、基板１０の両面にレジストパターンが形成された後は、エッチング、レジスト除去を行うことによって、ＭＥＭＳなどの電子製品に用いられる基板が製造される。

以上のように、マーク１２とアライメントマーク２７との位置は、単一のマーク検出用カメラ２４０により検出することができる。即ち、単一のマーク検出用カメラ２４０により基板１０の両面に精度よくレジストパターンを形成することができる。従って、本実施例にかかる基板の製造方法は、低コストで実施できる。

また、例えば基板１０の他方の面１０ｂに金属層などの不透明層が形成されている場合であっても、アライメントマーク１７ａを基準として他方の面１０ｂの正確な位置にマーク１２を形成することができる。これにより、不透明層に形成されたマーク１２を基準として、不透明層が形成された面に対しても精度よくレジストパターンを形成することができる。他方の面１０ｂが鏡面加工されていない場合も同様である。このように、多種多様な基板に対しても両面に精度よくレジストパターンを形成することができ、本実施例に係る基板の製造方法は汎用性に優れている。

また、レーザによる照射位置の位置決め工程は、アライメントマーク１７ａの位置を基準として行えばよいので１回の工程で済む。また、既に一方の面１０ａに形成されたアライメントマーク１７ａを基準として他方の面１０ｂにマークを形成するため、レーザＬを走査するだけで、１回の行程でアライメントマーク１７ａと同一形状のマークを他方の面１０ｂに形成することができる。このように、本実施例に係る方法は、工程数が削減されている。

次に、上記基板の製造方法を実行する際に用いられる製造装置について説明する。図４は、基板の製造装置の模式的な説明図である。図４に示すように、基板の製造装置は、アライメント・露光ユニット１００とレーザ照射ユニット２００とが一体化されている。

アライメント・露光ユニット１００は、基板１０を露光するための装置である。アライメント・露光ユニット１００は、Ｘステージ１１１、Ｙステージ１１２、Ｚステージ１１３、θステージ１１４、真空ポンプ１２０、露光用ランプ１３０、アライメント用カメラ１４０、マスクホルダ１５０を含む。Ｘステージ１１１、Ｙステージ１１２、Ｚステージ１１３、θステージ１１４は、基板１０をそれぞれ図示の左右方向図示の奥手前側方向、図示の上下方向、図示の回転方向に移動することができる。Ｘステージ１１１、Ｙステージ１１２、Ｚステージ１１３、θステージ１１４は、パルスモータなどのアクチュエータによって駆動する。Ｘステージ１１１上にはＹステージ１１２が配置され、Ｙステージ１１２上にはＺステージ１１３が配置され、Ｚステージ１１３上にはθステージ１１４が配置されている。

真空ポンプ１２０は、基板１０に対して負圧を発生させることにより基板１０をθステージ１１４に固定するためのものである。真空ポンプ１２０の圧力を負圧から、ゼロ又は正圧に切り替えることにより、θステージ１１４での基板１０の固定が解除される。

露光用ランプ１３０は、基板１０に紫外線を照射して露光するものである。アライメント用カメラ１４０は、マスク２０に対する基板１０の位置を検出するためのものである。不図示の制御部によって、アライメント用カメラ１４０から出力されるデータに基づいて基板１０の位置座標が算出される。マスクホルダ１５０は、マスク２０を保持するためのものであり所定の位置に固定されている。Ｘステージ１１１、Ｙステージ１１２、Ｚステージ１１３、θステージ１１４の移動により、基板１０をマスク２０に対して所望の位置に移動させ、露光することができる。

次に、レーザ照射ユニット２００について説明する。図４に示すように、レーザ照射ユニット２００は、Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２、Ｚステージ２１３、基板ホルダ２１４、レーザ発振器２３０、マーク検出用カメラ２４０、集光レンズ２５０、ダイクロイックミラー２６０を含む。

Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２、Ｚステージ２１３は、それぞれ基板１０をそれぞれ図示の左右方向図示の奥手前側方向、図示の上下方向、図示の回転方向に移動することができる。Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２、Ｚステージ２１３は、それぞれパルスモータなどのアクチュエータによって駆動する。Ｘステージ２１１上にはＹステージ２１２が配置され、Ｙステージ２１２上にはＺステージ２１３が配置されている。

基板ホルダ２１４は、加工対象物である基板１０を保持するためのものである。基板ホルダ２１４は、Ｚステージ２１３上に配置されている。Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２、Ｚステージ２１３の駆動により、基板ホルダ２１４が移動して基板１０を所望の位置に位置付けることができる。

レーザ発振器２３０は、基板１０の他方の面１０ｂにレーザを照射してマークを形成する。詳細には、レーザ発振器２３０から照射されるレーザは、ダイクロイックミラー２６０によって反射されて基板１０へと導かれる。また、ダイクロイックミラー２６０により反射されたレーザは、集光レンズ２５０により基板１０の他方の面１０ｂに集光される。

マーク検出用カメラ２４０は、基板１０の一方の面１０ａに形成されたアライメントマーク１７ａの位置を検出する。ここで図４に示すように、マーク検出用カメラ２４０、集光レンズ２５０、ダイクロイックミラー２６０とは同軸上に固定配置されている。即ちマーク検出用カメラ２４０の光軸上にダイクロイックミラー２６０が配置されている。ダイクロイックミラー２６０は、基板１０を透過する波長のレーザは反射するが、それ以外の波長の光は反射しない。このため、マーク検出用カメラ２４０とダイクロイックミラー２６０とが同軸上に配置されている場合であっても、アライメントマーク１７ａの位置を検出することができる。換言すれば、ダイクロイックミラー２６０を設けることによって、レーザ発振器２３０を、マーク検出用カメラ２４０の光軸上以外に配置することが可能となる。

図５は、他方の面１０ｂに集光されるレーザの状態を示した説明図である。尚、図５においては基板１０について簡略化して示してある。図５Ａに示すように、基板１０の他方の面１０ｂにレーザＬが集光される。尚、前述したようにレーザＬは、他方の面１０ｂを透過する波長を有しているが、集光レンズ２５０により他方の面１０ｂに集光されるので、レーザＬのエネルギー密度が上昇して、他方の面１０ｂにマークを形成することができる。

ここで、基板ホルダ２１４には、他方の面１０ｂとの接触を回避するための凹部２１４１が形成されている。これにより、他方の面１０ｂにレーザが照射された場合であっても、照射によって発生する熱などの影響により、基板ホルダ２１４が溶解する恐れを防止できる。

図５Ｂは、レーザ照射ユニット２００の変形例の説明図である。図５Ｂは図５Ａと対応している。図５Ｂに示すように、基板ホルダ２１４ａが平板状に形成されている。基板ホルダ２１４ａと基板１０との間には、レーザ吸収剤２７０が配置されている。これにより、例えばレーザ発振器２３０の出力が低い場合であっても、レーザ吸収剤２７０にレーザＬが吸収されることにより高温となって、基板１０の他方の面１０ｂにマークを形成することができる。レーザ吸収剤２７０の材質は、金属や樹脂であってもよい。尚、基板１０の他方の面１０ｂにレーザ吸収剤を塗布してもよいし、スパッタや蒸着によりレーザ吸収層を形成してもよい。

次に、レーザ照射ユニット２００の制御装置について説明する。図６は、レーザ照射ユニット２００の機能ブロック図である。制御部３００は、レーザ照射ユニット２００の動作全体を制御し、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３０１、ＲＯＭ(Read Only Memory)３０２、ＲＡＭ(Random Access Memory)３０３を含む。ＲＯＭ３０２には、基板１０にレーザを照射するためのプログラムが格納されている。尚、制御部３００は、レーザ照射ユニット２００のみの動作を制御するものであってもよいし、レーザ照射ユニット２００と共にアライメント・露光ユニット１００の動作全体を制御ものであってもよい。

制御部３００は、Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２、Ｚステージ２１３の動作を制御する。

画像処理部３１０は、マーク検出用カメラ２４０から出力された画像データを処理して、基板１０の他方の面１０ｂに形成されたマーク１２を検出するための処理を行う。画像処理部３１０も、ＣＰＵなどを含む。

制御部３００は、画像処理部３１０からの情報に基づいて、一方の面１０ａのアライメントマーク１７ａの位置座標を検出する。アライメントマーク１７ａの位置座標が検出されると、制御部３００は、Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２、Ｚステージ２１３に指令を出して、アライメントマーク１７ａが、マーク検出用カメラ２４０と同軸上に位置するように制御する。尚、この際に、制御部３００に予め入力されている基板１０の厚みに関する情報に基づいて、制御部３００はＺステージ２１３に指令を出して、高さ方向での基板１０の位置を制御する。具体的には、予め設定されているレーザ集光位置と、他方の面１０ｂとの位置を合わせる。

次に、画像処理部３１０からの情報に基づいて、アライメントマーク１７ａの位置がマーク検出用カメラ２４０と光軸上に位置するか否か判定する。アライメントマーク１７ａがマーク検出用カメラ２４０の光軸上に位置すると判定された場合には、制御部３００はレーザ発振器２３０に指令を出してレーザ発振器２３０からレーザを照射させる。これにより、基板１０の他方の面１０ｂにマーク１２が形成される。

また、制御部３００は、所定の速度でＸステージ２１１、Ｙステージ２１２を作動させる。詳細には、レーザの光軸が、アライメントマーク１７ａのパターンに沿って移動するように、Ｘステージ２１１、Ｙステージ２１２の作動を制御する。これにより、基板１０の他方の面１０ｂには、アライメントマーク１７ａと同じパターンであるマーク１２が形成される。

次に、上記方法によりレーザを照射した後の基板について説明する。図７は、レーザ照射後の基板１０を示した図である。尚、基板１０としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて実験した。ＳＯＩ基板の詳細は、支持基板の厚みが５２５μｍ、中間ＳｉＯ２層の厚みが１μｍ、活性層の厚みが１０μｍである。活性層は一方の面１０ａ側に形成されている。また、基板と基板ホルダ２１４ａとの間に介在させるレーザ吸収剤２７０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた。レーザ発振器２３０には、シングルモード光ファイバを用い、波長を１．４８μｍとした。また出力を３ｗとした。集光レンズ２５０としては、焦点距離ｆ＝８ｍｍ、開口数ＮＡ＝０．２５である非球面レンズを用いた。レーザ走査速度を１０ｍｍ／分とした。

図７Ａは、レーザ照射後の基板の一方の面に形成されたレジストパターンを示している。図７Ｂは、レーザ照射後での基板の他方の面に形成されたマークを示している。尚、図７Ｂは、基板の他方の面にレジストパターンを形成する前の状態である。

図７Ａに示すように、基板の一方の面にはアライメントマークが形成されている。基板の他方の面には、図７Ｂに示すように、一方の面に形成されたアライメントマークとは明らかに異なるレーザ痕が矩形状に形成されている。このように、基板の他方の面にはアライメントマークとは異なるマークが形成される。従って、基板のいずれかの面に形成されたレーザ痕を確認することにより、基板の面を判別することができる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

基板１０に、ネガ型レジストのフィルムを用いて露光することによりアライメントマークを形成してもよい。

基板の製造装置として、アライメント・露光ユニット１００と一体になったレーザ照射ユニット２００について説明したが、これに限定されずレーザ照射ユニット２００単独の装置であってもよい。

基板の両面にレジストパターンを形成する方法の説明図である。 基板の両面にレジストパターンを形成する方法の説明図である。 基板の両面にレジストパターンを形成する方法の説明図である。 基板の製造装置の模式的な説明図である。 基板の他方の面に集光されるレーザの状態を示した説明図である。 レーザ照射ユニットの機能ブロック図である。 レーザ照射後の基板を示した図である。

符号の説明

１０ 基板
１０ａ 一方の面
１０ｂ 他方の面
１２ マーク
１７ａ、１７ｂ アライメントマーク
２０ マスク
１００ アライメント・露光ユニット
２００ レーザ照射ユニット（基板の製造装置）
２１１ Ｘステージ
２１２ Ｙステージ
２１３ Ｚステージ
２３０ レーザ発振器
２４０ マーク検出用カメラ
２５０ 集光レンズ
２６０ ダイクロイックミラー

Claims (6)

1. 基板の一方の面にアライメントマークを形成する工程と、
   前記アライメントマークの位置を検出する工程と、
   前記アライメントマークの位置に対応した前記基板の他方の面の位置に、前記基板に対して透過性を有する波長のレーザを集光させて走査することによりマークを形成する工程と、を含む基板の製造方法。
2. 前記基板の他方の面にレーザ吸収部材を配置する工程を含む、請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 基板の一方の面に形成されたアライメントマークを検出するカメラと、
   前記基板に対して透過性を有する波長のレーザを照射するレーザ発振器と、
   前記アライメントマークの位置に対応した前記基板の他方の面の位置に前記レーザを集光させるレンズと、
   前記基板を移動可能に保持して前記基板に対する前記レーザの集光位置を走査するステージと、を備えた基板の製造装置。
4. 前記カメラの光軸と同軸上に配置され、前記レーザを前記基板へと反射するダイクロイックミラーと、を備えている請求項３に記載の基板の製造装置。
5. 前記ステージは、前記基板の他方の面との接触を回避した凹部を有している、請求項３又は４に記載の基板の製造装置。
6. 両面にアライメントマークが形成されており、両面の一方の面に形成されたアライメントマークと重なる位置にレーザ痕が形成されている基板。

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