CN101398631B - 无掩模曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供工件上有弯曲和厚度不均时、也能够在工件表面上曝光均匀宽度的图案的无掩模曝光装置。设置板厚方向一面相对于板厚方向另一面是角度为θ的倾斜面的第1和第2两个楔形玻璃(717、727)，和使楔形玻璃(717、727)中至少一个移动的移动装置，使楔形玻璃(717)的面(717u)与第2投影透镜(67)的光轴垂直设置、并且将组合成楔形玻璃(727)的面(727u)与(717u)面的距离为预定值δ的第1和第2两个楔形玻璃(717、727)设置在第2投影透镜(67)的入射侧或出射侧，第2投影透镜(67)的光轴方向的成像位置与曝光基板(8)表面错开时，通过以使间隔δ不变的方式将楔形玻璃(717)向角度θ方向移动，使第2投影透镜(67)的成像面定位在曝光基板(8)表面。

Description

无掩模曝光装置
技术领域
本发明涉及不使用掩模、在曝光基板上曝光图案的无掩模曝光装置。 
背景技术
为了在印刷基板上形成布线图案等，以往，事先在掩模上形成图案，使用掩模曝光机将该掩模图案投影曝光，利用密接或接近式曝光，在曝光基板上曝光图案。近几年开发了不使用掩模、直接在曝光基板上曝光的技术，开始了产业上的活用(专利文献1)。通过这样的无掩模曝光装置，能够制作例如图案宽度为20μm的印刷基板。 
专利文献1特开2004-39871号公报 
发明内容
为了进一步提高电子部件等的安装密度，人们希望图案宽度细到10μm以下。但是，曝光10μm以下的图案时，由于聚焦深度的幅度窄，如果曝光基板上有弯度和厚度不均等，就难以使图案宽度均匀。 
本发明的目的在于，解决上述课题，提供工件上有弯曲和厚度不均时、也能够在工件表面上曝光宽度均匀的图案的无掩模曝光装置。 
为了解决上述问题，本发明，具有：输出曝光照明光的曝光光源；2维空间调制器；第1投影透镜；微透镜阵列；第2投影透镜；支撑曝光基板并向垂直于上述第2投影透镜光轴的方向移动的载物台；板厚方向的一面相对于板厚方向的另一面是角度为θ的倾斜面的第1和第2两个楔形玻璃；以及使上述楔形玻璃的至少一个移动的移动装置，使上述第1楔形玻璃的上述另一面与上述第2投影透镜的光轴垂直，并且将组合成上述第2楔形玻璃的上述一面与上述第1楔形玻璃的上述一面的距离为预定值的上述第1楔形玻璃和上述第2楔形玻璃设置在上述第2投影透镜的入射侧或出射侧，其特征在于， 
具备：位于上述第2投影透镜的进行曝光扫描方向的面前侧且在与上述曝光扫描方向正交的方向上排列的多个用于检测基板表面高度的高度检测装置； 以及 
基于由上述多个的高度检测装置检测出的多个高度信息，在上述检测出的基板上的位置由于该基板的曝光扫描达到上述第2投影透镜光轴为止的期间运算上述第2投影透镜的焦点位置，并在上述基板上的位置到达上述第2投影透镜光轴时使上述第2投影透镜的焦点与上述位置的基板的表面一致地对上述移动装置进行控制的控制电路， 
上述控制电路保存由上述高度检测装置检测出的检测结果，并且能够事先显示基板上的、有超过上述第2投影透镜的聚焦深度的弯曲时的位置这样的位置，或者警告显示曝光后有超过上述第2投影透镜的聚焦深度的弯曲时的位置的部分不合格的可能性高，能够作为数据事先保存。工件上即使有弯曲和厚度不均，也能够在工件表面上曝光宽度均匀的图案。 
图1是涉及本发明实施例1的无掩模曝光装置的结构图。 
附图说明
图2是涉及本发明的楔形玻璃单元的主要部分立体图。 
图3是图2的从K方向看过去的图。 
图4是涉及本发明实施例2的无掩模曝光装置的结构图。 
图5是高度检测器的结构图。 
图6是曝光基板的剖面图。 
图7是涉及本发明的检测光的说明图。 
符号说明 
8曝光基板 
67第2投影透镜 
717第1楔形玻璃 
727第2楔形玻璃 
717u第1楔形玻璃的面 
727u第2楔形玻璃的面 
θ楔形玻璃717、727的倾斜面的角度 
δ面717u与面727u的距离 
具体实施方式
实施例1 
图1为涉及本发明的第1无掩模曝光装置的结构图。 
由7个光轴构成的曝光照明系统11～17结构基本相同。为了避免图面的复杂，该图中只在7个光轴系统中容易表示的部分上示出了编号和信号线(虚线)，但所有光轴具有同样的编号和信号线。下面说明曝光照明系统11～17中的曝光照明系统17。 
从曝光照明系统17中射出的曝光照明光，由折返镜27射到上方的2维空间调制器37。这里，2维空间调制器使用数字微镜器件(以下称为“DMD”)37。 
在DMD37的xy面内矩阵状地设置了多个可动微镜。若从控制装置9向各微镜发送ON/OFF信号，则接收到ON信号的微镜倾斜一定角度地反射入射的曝光照明光后使其入射到第1投影透镜47。另外，由OFF状态的微镜反射的曝光照明光，没有入射到第1投影透镜47，不参与曝光。透过投影透镜47的曝光照明光入射到微透镜阵列57。在形成DMD37的微镜的放大图像(或缩小图像)的微透镜阵列57的位置，分别设有微透镜。 
设置在微透镜阵列57上的各微透镜是焦距为fM的凸透镜，几乎垂直于各微透镜地入射的曝光照明光(来自ON状态的微镜的曝光照明光)，在距离各微透镜约fM的位置上，形成微小的光点。 
也可以在该光点形成位置上设置具有与光点直径相同的开口直径的针孔阵列。通过设置针孔阵列，能够遮住多余(不要)的光。 
在微透镜下方fM位置上产生的光点图案入射到第2投影透镜67，从第2投影透镜67射出的曝光照明光，透过由楔形玻璃717和楔形玻璃727构成的楔形玻璃单元GU7，在曝光基板8上形成倍率M的光点图案排列图像。 
接着说明楔形玻璃单元GU7。 
图2为楔形玻璃单元GU7的主要部分立体图，图3为图2的从K方向看过去的图。 
在楔形玻璃717中，板厚方向的一面717b相对于板厚方向另一面717a是角度为θ的倾斜面。另外，在楔形玻璃727中，板厚方向的一面727b相对于板厚方向另一面727a是角度为θ的倾斜面。面717a相对于第2投影透镜 67的光轴垂直设置。将楔形玻璃727组合成面727b与面717b的距离(间隔)为δ后进行设置。在本实施方式中，楔形玻璃727和楔形玻璃717在xy方向的大小分别相同，如图3所示，从z方向来看，两者完全重合时(以下，将这时两者的位置称为“楔形玻璃的基准位置”。)的面717a到面727a的距离为t。以下，将距离t称为楔形玻璃的“总厚度”。将基准位置中的总厚度t设定为4～7mm。另外，距离δ为0.01～0.3mm间的一定值。距离δ的最小值可以小于0.01mm，但考虑到后述移动装置制作上的容易性，距离δ的最小值为0.05mm左右比较实用。将距离δ的最大值设为0.3mm是因为距离δ大于0.3mm时象差变大。 
省略了图示的移动装置，将楔形玻璃727(或楔形玻璃717)沿面727b(严格来说，沿垂直于斜面法线、平行于斜面的矢量方向)移动楔形玻璃727。该移动装置由控制电路9控制。 
现在，若将楔形玻璃727沿上述斜面在y方向移动+Δy，则与投影透镜2的光轴平行的方向的玻璃总厚度变化Δt由下面的式1求出。 
Δt＝-Δy·tanθ  ……(式1) 
这里，楔形玻璃717、727的折射率为n。于是，总厚度由Δt变化，第2投影透镜727的焦点位置的变化量Δz由下面的式2表示(上方为正)。 
Δz＝-Δt·(n-1)/n 
   ＝Δy·tanθ·(n-1)/n  ……(式2) 
即，楔形玻璃单元GU7为对焦装置。 
因此，事先检测曝光基板8上的光刻胶面或载有光刻胶的面的高度h(x、y)时，如下述，能够将光点的像定位在光刻胶面上。即，事先将高度h(x、y)的数据输入到控制电路9中，同时将楔形玻璃717、727设置在基准位置上，使第2投影透镜67的成像面与曝光基板8的设计上的表面高度一致。然后根据控制电路9中存储的数据，求出投影透镜曝光的区域的平均高度hm，将楔形玻璃72移动Δy，使式2中的Δz为hm的高度(Δz＝hm)，然后曝光。这样，能够进行高精度的曝光。 
但是，以往的无掩模曝光装置中，假设曝光基板表面平坦，并使第2投影透镜61～67的成像面与假设的曝光基板表面一致后，在z方向上进行第2投 影透镜61～67的定位。 
但是，例如多层印刷基板时，不仅是各部位的板厚不同，由于伴随基板叠层化的基板面的弯曲和起伏等，几乎没有曝光面平坦的情况。因此，例如使图案宽度均匀是很困难的。 
下面说明曝光基板表面有凹凸时和有弯曲时也能够进行精度较好的曝光的无掩模曝光装置。 
楔形玻璃单元GU7也可以设置在第2投影透镜67的入口侧(即微透镜阵列57与第2投影透镜67之间)。 
实施例2 
图4为涉及本发明的无掩模曝光装置的结构图，与图1相同的部分用相同的符号表示，省略重复说明。图5是高度检测器的结构图。 
设置在载物台80上方的第2投影透镜群(第2投影透镜61～67)的y方向的一侧(图示中为面前侧)，设置了多个高度检测器600在x方向上排列的多高度检测器600U。各高度检测器600检测曝光基板8的光刻胶表面或光刻胶下的曝光基板自身的表面高度。 
下面说明高度检测器600的结构。 
如图5所示，高度检测器600具有：发光体601、透镜602、透镜603、位置传感器604。发光体601是发光二极管(LED)或输出不使光刻胶感光的红光的半导体激光器(LD)。透镜602将发光体601射出的光聚光到曝光基板8表面。透镜603使基板表面反射的光聚光，在位置传感器604上作为基板反射部成像。 
由上述结构，曝光基板8的高度与加工工序中设定的高度(实际检测曝光基板8的多处高度得到的平均高度或者设计上的高度。以下称为“设计高度”。)不同时，在位置传感器上的成像位置随与设计高度的偏差的大小发生变化。因此，通过读取该变化量，能够检测出实际曝光基板8的高度。 
下面说明该实施方式的动作。 
从图4的面前向里侧，搭载了曝光基板8的载物台80，以与感光材料的灵敏度对应的一定速度v，向y方向移动。各高度检测器600每隔一定时间，检测曝光基板8的表面高度。检测出的表面高度与曝光基板8的位置信息(检 测出的部位的xy坐标值)一起被存储到控制电路9的存储部。检测出高度的部位，经过由速度v决定的时间后到达曝光位置87(与DMD37相似的矩形。)。控制电路9，从存储部中读出到达曝光位置87的曝光基板8的表面高度，根据该信息，使楔形玻璃727向y方向移动，使第2投影透镜67的成像面与曝光基板8的表面一致。 
图6是曝光基板8的剖面图，示意性地表示在x方向切断曝光基板8时的表面附近。 
在该图中，曝光基板8的表面由实线表示。面700(∑ex0)为设定高度。如该图所示，曝光位置87的各部位的高度不同。这里，检测器600设置在各曝光位置两端，将由虚线所示的第2投影透镜的成像面定位在各曝光位置两端高度的平均值上。并且，通过使检测器600的设置间隔变窄，能够减小实际的曝光基板8表面与投影透镜成像面的差的偏差。 
这里说明的是x方向的剖面，y方向也是一样。因此，例如曝光位置87的y方向长度为y1、x方向长度为x1时，实际上使第2投影透镜的成像面高度与在区域y1×x1内检测的高度平均值一致。对于其他曝光位置81～86也是一样。 
如上述说明，本实施方式中，曝光时同时进行曝光基板的表面高度检测和成像面高度方向的位置调整，所以在曝光基板的整个面上，成像面基本上能够与曝光基板表面吻合。其结果，图案宽度是均匀的。 
下面说明进一步提高由检测器600检测的曝光基板表面高度的检测精度的方法。 
图5说明的发光体607输出的检测光为P偏振光，以由设置在曝光基板8表面的感光层的折射率所决定的布鲁斯特角θB作为主光线B11的入射角来入射。这样，如图7所示，所有入射光通过感光层81(即在感光层表面不反射)，到达底层基板面。由底层基板面反射后返回到上方的光，几乎保持为P偏振光、不被感光层表面反射，直接返回上方，作为检测光D11从感光层射出，入射到位置传感器604。即，检测时，作为杂光的、由感光层表面反射的、图中虚线所示的杂光D11n为0。并且，入射到位置传感器604的入射光几乎不衰减。因此，能够进行精度好的检测(检测)。 
另外，由检测器600U检测的结果保存在控制电路9，所以，例如即使有超过第2投影光学系统的聚焦深度的弯曲时，也能够容易地确定弯曲位置。因此，能够事先显示这样的基板上的位置，或者警告显示曝光后该部分不合格的可能性较高，能够作为数据事先保存。 

Claims (2)

1.一种无掩模曝光装置，具有：输出曝光照明光的曝光光源；2维空间调制器；第1投影透镜；微透镜阵列；第2投影透镜；支撑曝光基板并向垂直于上述第2投影透镜光轴的方向移动的载物台；板厚方向的一面相对于板厚方向的另一面是角度为θ的倾斜面的第1和第2两个楔形玻璃；以及使上述楔形玻璃的至少一个移动的移动装置，使上述第1楔形玻璃的上述另一面与上述第2投影透镜的光轴垂直，并且将组合成上述第2楔形玻璃的上述一面与上述第1楔形玻璃的上述一面的距离为预定值的上述第1楔形玻璃和上述第2楔形玻璃设置在上述第2投影透镜的入射侧或出射侧，其特征在于，
具备：位于上述第2投影透镜的进行曝光扫描方向的面前侧且在与上述曝光扫描方向正交的方向上排列的多个用于检测基板表面高度的高度检测装置；以及
基于由上述多个的高度检测装置检测出的多个高度信息，在上述检测出的基板上的位置由于该基板的曝光扫描达到上述第2投影透镜光轴为止的期间运算上述第2投影透镜的焦点位置，并在上述基板上的位置到达上述第2投影透镜光轴时使上述第2投影透镜的焦点与上述位置的基板的表面一致地对上述移动装置进行控制的控制电路，
上述控制电路保存由上述高度检测装置检测出的检测结果，并且能够事先显示基板上的、有超过上述第2投影透镜的聚焦深度的弯曲时的位置这样的位置。
2.一种无掩模曝光装置，具有：输出曝光照明光的曝光光源；2维空间调制器；第1投影透镜；微透镜阵列；第2投影透镜；支撑曝光基板并向垂直于上述第2投影透镜光轴的方向移动的载物台；板厚方向的一面相对于板厚方向的另一面是角度为θ的倾斜面的第1和第2两个楔形玻璃；以及使上述楔形玻璃的至少一个移动的移动装置，使上述第1楔形玻璃的上述另一面与上述第2投影透镜的光轴垂直，并且将组合成上述第2楔形玻璃的上述一面与上述第1楔形玻璃的上述一面的距离为预定值的上述第1楔形玻璃和上述第2楔形玻璃设置在上述第2投影透镜的入射侧或出射侧，其特征在于，
具备：位于上述第2投影透镜的进行曝光扫描方向的面前侧且在与上述曝光扫描方向正交的方向上排列的多个用于检测基板表面高度的高度检测装置；以及
基于由上述多个的高度检测装置检测出的多个高度信息，在上述检测出的基板上的位置由于该基板的曝光扫描达到上述第2投影透镜光轴为止的期间运算上述第2投影透镜的焦点位置，并在上述基板上的位置到达上述第2投影透镜光轴时使上述第2投影透镜的焦点与上述位置的基板的表面一致地对上述移动装置进行控制的控制电路，
上述控制电路保存由上述高度检测装置检测出的检测结果，并且警告显示曝光后有超过上述第2投影透镜的聚焦深度的弯曲时的位置的部分不合格的可能性高，能够作为数据事先保存。
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