CN1782885A - 扫描型曝光用光源单元 - Google Patents

Abstract

提供一种小型轻量、高可靠性的扫描型曝光用光源单元。本发明的扫描型曝光用光源单元，在对于基板上的曝光面平行地相对移动的同时对曝光面进行光照射。光源单元，具备多个光源。多个光源，沿横切相对移动的方向而排列。每一个的光源，包括发光单元(1)。发光单元(1)，至少具有一个半导体面发光元件(5)。使多个半导体面发光元件(5)集合为六角形，如果使发出的光朝光学六角柱(6)入射，则在曝光面上可获得照度均匀的六角形的照射区域。

Description

扫描型曝光用光源单元

技术领域：

本发明涉及一种扫描型曝光处理中所利用的光源单元。

背景技术：

在基板的表面上所形成的感光膜(photoresist)的曝光面上，通过描绘了图案(例如，电路)的光掩膜而照射来自光源的光，能将图案在感光膜上复制(转印)。

利用照射面积小的光源对大基板进行曝光处理时，进行利用将多个光源成列地排列而形成的光源单元的扫描型曝光。光源单元，能对横跨曝光面的一边的尺寸全部的细长区域进行照射。此光源单元通过对于基板的曝光面平行地相对移动的同时将曝光面连续地照射，对曝光面全部进行曝光。以往，对于涉及的扫描型曝光上所利用的光源单元的每一个的光源，一直利用了作为发光体的水银灯等的灯具。

作为曝光用光源的发光体而被利用的这种灯，在高输出功率的制品能容易制作的反面，有几个缺陷。首先，为了来自灯的光在广角度下辐射，有必要采用用于将此光一度聚光的凹面镜。因此，将适合于曝光的光(理想上是平行光)制造出的光路变长。另外，因为灯发热量大，达到高输出功率所需的冷却负荷也变大。此外，因为在电开关的接通/断开(ON/OFF)下不能对灯具的发光进行控制，有必要采用迅速动作的快门机构。

再说，从所述的理由，将每一个的光源小型化变得困难，由多个光源所形成的光源单元也还是大型、复杂的结构。另外，灯具因为在使用时的内压变高有破裂的危险性。寿命也比较短。

再有，虽然也提出了将一个高输出功率的灯具作为发光体利用、通过由光纤等将光分配而形成多个光源的方式，但大型、复杂的结构等、具有同样的缺陷。

发明内容

因而，本发明的主题是将现有的灯具持有的缺陷消除、提供一种扫描型曝光用光源单元。

为了解决所述问题，根据本发明，提供了一种扫描型曝光用光源单元，其是在对于基板上的曝光面平行地相对移动的同时对该曝光面进行光照射的扫描型曝光用光源单元，其中，

包括沿横切所述相对移动方向而排列的多个光源；

所述光源的每一个具备：至少具有一个半导体面发光元件的发光单元。

所述光源的每一个，也可具备发光单元，该发光单元具有使在平面状地集合的多个半导体面发光元件。

所述光源的每一个，能采用的构成为：进一步具备用于将来自所述发光单元发出的光引导至所述曝光面的光学系统。

所述光学系统，包括：光学多角柱，其在所述发光单元上将一端近接而被配置、对来自所述发光单元的光在所述一端上进行入射且将照度均匀的光从另一端出射；和聚光透镜，其使从该光学多角柱的所述另一端出射的光进行聚光。

所述光学多角柱为光学六角柱，也可将所述发光单元中的所述至少一个半导体面发光元件的整体形状近似为六角形。

所述光学系统，能进一步包括用于将来自所述聚光透镜的光变为平行光的透镜。

或者，所述光学系统，还可以包括用于将来自所述聚光透镜的光变为平行光的凹面镜。

所述凹面镜，也可以是具有和所述光学多角柱及所述聚光透镜的光轴共同的光轴的部件。

可以采用的构成是：

基于来自所述多个光源的光的所述曝光面上的多个照射区域，在沿所述相对移动的方向观察时，使之成为邻接的区域彼此之间相互一部分重合；

在扫描型曝光用光源单元进行所述相对移动的同时对所述曝光面进行光照射时，所述照射区域的形状及所述重合的一部分的面积被预先决定，以便在所述曝光面上沿垂直于所述相对移动的方向曝光量均匀。

所述相对移动是往返相对移动，也可在往路及返路的双方中从所述多个光源对所述曝光面进行光照射。

这时，也可以使所述返路中的照射区域的路径成为：相对于所述往路中的照射区域的路径，仅平行移动了相邻的所述照射区域间的间距(pitch)的一半部分的位置。

在其他实施方式的扫描型曝光用光源单元中，使基于来自所述多个光源的光的所述曝光面上的多个照射区域成为：沿横跨所述相对移动的方向以相互等间隔间距进行定位；

所述相对移动是往返相对移动，以使成为在往路及返路的双方中从所述多个光源对所述曝光面进行光照射；并使所述返路中的照射区域的路径成为：相对于所述往路中的照射区域的路径，仅平行移动了所述间距(pitch)的一半部分的位置；

使所述往路中的所述多个照射区域和所述返路中的多个照射区域，在沿所述相对移动的方向观察时，成为：相邻的区域彼此之间相互地一部分重合；

也可以使所述照射区域的形状及所述重合的一部分的面积成为：在扫描型曝光用光源单元进行所述往返相对移动的同时对所述曝光面进行光照射时，在所述曝光面上、沿垂直于所述相对移动的方向，曝光量均匀。

也可以使一个的扫描型曝光用光源单元，相对于两个的曝光定位中的基板的每一个的曝光面交替地进行所述相对移动。

所述曝光面被形成在基板的两面上时，为了将这些曝光面同时曝光，也可以将扫描型曝光用光源单元相对于每一个的曝光面各设置一个单元，使这些单元所述相对移动可能。

根据本发明的扫描型曝光用光源单元，通过使用至少具有一个半导体面发光元件的发光单元代替灯，获得窄角度中的发光，不需要用于聚光的凹面镜。因此光路也变短。另外，本发明中的发光单元与灯具相比是小型轻量、组装也容易。进一步，因为发热量非常小，用于冷却的负荷也小。再有，因为能通过电开关操作对发光实施瞬间地ON/OFF，所以不需设置快门机构。

此外，由于所述的理由，将每一个的光源以至光源单元，采用具有简单结构的小型、轻量的部件。因此，扫描时的驱动也能以小负荷、可靠性高地进行。

再有，半导体面发光元件比灯具有长寿命、破损的可能性也小。也不要快门机构。因而，故障的可能性低。

如果，一个发光单元上由一个半导体面发光元件不能获得必要的输出功率，则能通过使多个半导体面发光元件平面状地集合而进行补偿。

附图说明

图1(a)是扫描型曝光用光源单元的一个实施方式中所利用的光源的发光单元的平面图，(b)是相同情况下的侧面图，(c)是表示将增加了数目的面发光元件以六角面状排列的其他的示例的平面图，(d)是表示将面发光元件以四角面状排列的示例的平面图。

图2是表示本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式中所利用的光源的一例的示意侧面图。

图3是表示本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式中所利用的光源的其他例的示意侧面图。

图4是表示通过本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式在照射于曝光面上的光区域的图案的示意平面图。

图5(a)是表示本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式中所利用的光源的再一个其他例的示意侧面图，(b)是(a)中的A-A箭头示图，(c)是通过(a)中所示的光源在照射于曝光面上的光区域的示意平面图。

图6是表示通过对图5(a)中所示的光源进行多个排列而构成的光源单元所产生的照射区域的图案的、和图4一样的示意平面图。

图7是表示本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式中所利用的光源的再一个其他例的示意侧面图。

图8(a)是表示在两个曝光位置上所利用的、本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式的示意平面图，(b)是相同情况下的示意侧面图。

图9(a)是表示用于对在基板的表后面上所形成的曝光面进行同时曝光处理的、本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式的示意平面图，(b)是相同情况下的示意侧面图。

图10是表示通过本发明的扫描型曝光用光源单元的其他实施方式在照射于曝光面上的光区域的图案的示意平面图。

图中：1-发光单元，2-底部，3-底部的短边，4-底部的长边，5-半导体面发光元件，6-光学六角拄，7-光学四角拄，8-光源，9-聚光透镜，10-光，11-光掩膜，12-基板，13-光源，14-透镜，15-平行光，16-扫描型曝光用光源单元，17-照射区域，18-光源，19-上横梁，20-下横梁，21-支撑拄，22-支撑部件，23-凹面镜，24-平行光，25-照射区域，26-光影部分，27-扫描型曝光用光源单元，28-光源，29-平面镜，30-凹面镜，31-平行光，32-扫描型曝光用光源单元，32a-光源，33-基板，34-光，35-光掩膜，36-基板，37-光掩膜，38-扫描型曝光用光源单元，38a-光源，39-基板，40-光掩膜，41-光掩膜，42-扫描型曝光用光源单元，43-基板，44-照射区域。

具体实施方式

图1(a)及(b)表示本发明的扫描型曝光用光源单元的一个实施方式中所利用的光源的发光单元1。发光单元1，包括金属制的底座2。金属底座2，具有由长度为10mm的短边3和长度为20mm的长边4所包围的上面。在此上面上以平面状地集合的状态配置半导体面发光元件。在图1(a)及(b)所示的实施方式中，半导体面发光元件5排列着12个。作为半导体面发光元件5，能利用面发光二极管、面发光激光、其他的半导体面发光元件。

与发光单元1的半导体面发光元件5近接、配置光学六角柱6。来自面发光元件5的光，向光学六角柱6的一端入射、通过在其内部的乱反射将照度均匀化、以具有六角形的截面的光从光学六角柱6的另一端出射。光学六角柱6，虽然也可用其他形状的光学多角柱取代，但在本实施方式中为了获得正六角形的照射区域而使用了光学六角柱6。

多个面发光元件5，与光学六角柱6的端面形状吻合、配置成近似于正六角形的形状。由此，能提高光的有效使用率。

图1(c)表示与大的光学六角柱6的端面形状吻合，将21个面发光元件5配置成近似正六角形的形状的示例。与图1(a)及(b)的实施方式相比可获得高输出功率的发光单元。

图1(d)表示利用光学四角柱7时的面发光元件5的配置。此例的情况下，可获得截面四角形的照射区域。

图2表示本发明的扫描型曝光用光源单元中所利用的光源的一个示例。光源8，包括：发光单元1；和光学六角柱6，其以一端与发光单元近接的方式被配置；和聚光透镜9，其与光学六角柱6的另一端近接而被配置。从发光单元1出射的光朝光学六角柱6的一端入射，使照度均匀后从光学六角柱6的另一端出射，朝聚光透镜9入射。从聚光透镜9出射的光10，透过描绘了图案的光掩膜11朝基板12的曝光面照射。构成用于将从发光单元1发出的光引导至基板12的曝光面的光学系统的光学六角柱6和聚光透镜，具有共同的光轴。虽然光10是非平行光，但在不要求高解像度的曝光处理中能够利用非平行光。此光源8，因光学系统的构成简单、，能廉价地制作。

图3表示光源的其他的示例。图3的光源13，与图2的光源8的不同点在于在光学系统中追加了透镜14。具有与光学六角柱6及聚光透镜9共同的光轴的透镜14，将从聚光透镜9出射的非平行光变为平行光15。此光源13，因为能朝基板12的曝光面照射平行光，所以适合于要求高解像度的曝光。用于获得高解像度的光，作为优选，具有平行度6度以内、对曝光面的直角度为3度以内，照度的均匀性为15％以内的光质。

本发明的扫描型曝光用光源单元，准备多个图2或图3中所示的光源8或13，将这些光源排列而构成。多个光源，沿光源单元横切相对于基板12上的曝光面平行地相对移动的方向而排列。图4表示从这样构成的扫描型曝光用光源单元16的各个光源照射于基板12上的曝光面上的区域17。光源单元16的每一个光源的位置，可认为是对应于每一个的照射区域17的位置。即，在光源单元16上，8个的光源沿横跨光源单元16的相对移动方向排列为Z字形(zigzag)。箭头表示光源单元16的相对移动方向。

如图4所示，曝光面上的每一个的照射区域17，是正六角形，虽然在平面图上观察时是相互分离的，但在沿光源单元的相对移动方向观察时，则是邻接的区域彼此之间相互仅以距离S的部分重合的。由距离S所画成的照射区域17的端部分是呈三角形，由距离T所画成的照射区域17的中央部分是呈矩形。照射区域17的形状是正六角形，而且，通过对相邻的照射区域17的三角形的端部分，沿光源单元16的相对移动方向进行观察时则为重合；光源单元16在对曝光面相对移动的同时对曝光面进行光照射时，沿垂直于相对移动的方向能使曝光量均匀处理。

利用光学四角柱、将照射区域17的形状为四角形时，也同样地能实现曝光量的均匀化。

图5表示光学系统中使用凹面镜的光源的示例。光源18，具有上横梁(beam)19、下横梁20、及将上下横梁19、20间连结的一对支撑柱21。光源18的光学系统，加上由支撑部件22所支撑的光学六角柱6及聚光透镜9外，具备由一对支撑柱21所支撑的凹面镜23。凹面镜23，具有和光学六角柱6及聚光透镜9共同的光轴。从发光单元1发出的光，朝光学六角柱6的下端入射，使照度均匀后从光学六角柱6的上端出射，朝聚光透镜9入射。从聚光透镜9出射的光，通过凹面镜23成为平行光24，并引导至基板上的曝光面。

图5所示的光源18制造的平行光24，因为被下横梁20所遮挡，在曝光面上的照射区域25上产生光影部分26。因为有光的蔓延，光影部分26的照度不为零，成为低照度区域。

图6表示将图5的光源18进行多个排列而构成的扫描型曝光用光源单元27，和由此在曝光面上产生的照射区域25。通过正六角形的照射区域25的、由距离S所画成的三角形的端部分、相邻的照射区域彼此间重合实现曝光量的均匀化，和图4的情况是一样的。箭头表示光源27的相对移动方向。

图7表示光学系统中使用凹面镜的光源的其他的示例。光源28的光学系统，加上六角柱6及聚光透镜9以外，具备平面镜29及凹面镜30。从聚光透镜9出射的光在平面镜29上被反射，再由凹面镜30成为平行光31、引导至曝光面。平面镜29及凹面镜30的光轴，和光学六角柱6及聚光透镜9的光轴不一致。因为没有将平行光31遮挡的物体，在曝光面上所形成的照射区域上不产生如图5(c)上可见的光影部分26。即，因为照射区域内的照度成为均匀，所以曝光量的均匀化也容易达成。但是，此光源28，与图5的光源18相比结构复杂而成为大型。

利用本发明的扫描型曝光用光源单元而进行扫描型曝光的情况下，光源单元停止的位置，作为优选是对吻合光掩膜的位置用的照相机等不干扰的位置。因此，将这样的理想的待机位置作为扫描开始位置的光源单元，作为优选，如果扫描曝光结束再次回归到相同的待机位置。这样，光源单元对曝光面往返相对移动时，虽然也可将仅往路或返路的光照射，但作为优选不如在往路及返路的双方上对曝光面进行照射。这是因为能省略将光源单元不进行光照射而相对移动的徒劳时间。

光源单元在往路及返路的双方上对曝光面进行照射时，作为优选，使光源单元的返路的位置成为：相对于往路的位置，仅平行移动了相邻的照射区域间的间距P(参照图4及图6)的一半部分的位置。通过这样，因为能进一步使曝光量的均匀化。

图8表示对于两个曝光定位中的基板的曝光面能进行交替地相对移动的扫描型曝光用光源单元。一台扫描型曝光用光源单元32，备有8个光源32a，能位于A、B及C的三处的位置。将中间位置B作为待机位置即开始位置的光源单元32，通过在中间位置B和位置A之间执行往返移动之间对第1的曝光定位(I)中的基板33的曝光面照射光34，将光掩膜35上所描绘的图案在基板33上复制。其次，通过光源单元32在中间位置B和位置C之间执行往返移动之间对第2的曝光定位(II)中的基板36进行照射，使光掩膜37上所描绘的图案在基板36上复制。

照射，虽然也可仅在往路或返路中进行，但作为优选，在往路及返路的双方上进行。如所述，这是因为能将光源单元不进行光照射而相对移动的徒劳时间省略。在往路及返路的双方上进行照射时，如所述，作为优选，使光源单元的返路的位置成为：相对于往路的位置，仅平行移动了相邻的照射区域间的间距P(参照图4及图6)的一半部分的位置，谋求曝光量的均匀化。

虽然也可在曝光定位(I)及(II)上放置每一个其他的基板后如所述地进行曝光处理，但也可将1块基板的表后两面分别在曝光定位(I)及(II)上实施曝光处理。这时，在曝光定位(I)上对一方的曝光面实施处理的基板，反转而被移送到曝光定位(II)，在此对另一方的曝光面实施处理。

图9表示用于将在基板的表后两面上所形成的曝光面同时地曝光处理的实施方式。此实施方式中，具备8个光源38a的扫描型曝光用光源单元38，在分别对应于基板39的表侧及后侧各设置1个。在基板39的表后两面上形成着曝光面。在这些曝光面上应复制的描绘了图案的光掩膜40及41，与每一个的曝光面近接或接触而被配置。两个光源单元38、38，也可分别个别地移动，也可相互同步地移动。两个光源单元38、38在位置A和位置B之间同时地往返相对移动之间，对基板39的表后曝光面照射光42，每一个的光掩膜40、41上被描绘的图案复制在基板39的两面。光的照射，也可仅在往路或返路进行，也可在往路及返路的双方上进行。

图9的实施方式，适于在表后两面上形成图案、多层印刷配线基板的内层板的曝光处理。因为能对2块光掩膜40、41在相互吻合位置的状态下实施曝光处理，所以能使基板39的两面中的图案彼此容易匹配。

图10所示的其他的实施方式，具有先前所述的实施方式的一半数目的光源。具有4个光源的扫描型曝光用光源单元42，平行于基板43的曝光面、在位置A和位置B之间往返相对移动。光源单元42在位置A和位置B之间往返相对移动中间，从光源对基板43的曝光面进行光照射，形成在曝光面上4个照射区域44。4个照射区域44，每一个呈正六角形，沿横切光源单元42的往返相对移动的方向，以相互等间隔间距P来一列地被定位的。

使光源单元42在位置A和位置B之间往返相对移动时的照射区域44的移动路径，用箭头a，b，c，d表示。路径b、d的长度为间距P的一半。即，使返路中的照射区域44的路径c，成为：相对于往路中的照射区域44的路径a，仅平行移动了间距P的仅一半部分的位置。

如果将往路中的照射区域44和返路中的照射区域，沿光源单元42的往返相对移动的方向即照射区域44的路径a及c观察，则成为相邻的正六角形的照射区域44彼此之间相互仅重合距离S的部分。和关于图4已说明的一样，由距离S所画成的照射区域的端部分呈三角形，由距离T所画成的中央部分呈矩形。

通过如此构成配置照射区域44，能使光源单元42往返相对移动的同时对曝光面进行光照射时的、沿曝光面上的与往返相对移动的方向正交的方向上的曝光量均匀。

将4个光源一列地配置而设置的图10的光源单元，与将8个光源2列地配置而设置的在前的实施示例的光源单元相比，能更为小型轻量。

以上，虽然对本发明的扫描型曝光用光源单元的几个实施方式，和利用其的曝光方法进行了说明，但在某个实施方式下说明的特征，即使在其他的实施方式中也可以适用

再有，虽然对作为光学系统中的透镜的一个透镜进行了图示说明，但此透镜也能由多个透镜的组合取代。

而且，在所述实施方式中，对平面状地集合的状态下配置的多个半导体面发光元件，被包括在每一个的发光单元中的示例进行了说明，但是每一个的发光单元，也可以是仅包括一个具有充分的输出功率的半导体面发光元件。

Claims (14)

1、一种扫描型曝光用光源单元，在相对于基板上的曝光面平行地相对移动的同时对该曝光面进行光照射的，其中：

包括沿横切所述相对移动方向而排列的多个光源；

所述光源的每一个，具备发光单元，该发光单元至少具有一个半导体面发光元件。

2、根据权利要求1所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述光源的每一个，具备发光单元，该发光单元具有使平面状地集合的多个半导体面发光元件。

3、根据权利要求1或2所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述光源的每一个，进一步备有用于将从所述发光单元发出的光朝所述曝光面引导的光学系统。

4、根据权利要求3所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述光学系统，包括：光学多角柱，其作成将一端近接在所述发光单元上而配置的光学多角柱、对来自所述发光单元的光入射到所述一端上且使照度均匀了的光从另一端出射；和聚光透镜，其使从该光学多角柱的所述另一端出射的光聚光。

5、根据权利要求4所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述光学多角柱为光学六角柱，所述发光单元中的所述至少一个的半导体面发光元件的整体形状近似为六角形。

6、根据权利要求4或5所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述光学系统，进一步包括用于将来自所述聚光透镜的光变为平行光的透镜。

7、根据权利要求4或5所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述光学系统，进一步包括用于将来自所述聚光透镜的光变为平行光的凹面镜。

8、根据权利要求7所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述凹面镜，具有和所述光学多角柱及所述聚光透镜的光轴共同的光轴。

9、根据权利要求1或8的任一项所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

使基于来自所述多个光源的光的所述曝光面上的多个照射区域，在沿所述相对移动的方向观察时，成为：邻接的区域彼此之间相互一部分重合；

在扫描型曝光用光源单元进行所述相对移动的同时对所述曝光面进行光照射时，所述照射区域的形状及所述重合的一部分的面积预先被确定，以便在所述曝光面上沿垂直于所述相对移动的方向的曝光量均匀。

10、根据权利要求1或9任意一个所述的扫描型曝光用光源单元，

所述相对移动是往返相对移动，并使之成为：在往路及返路的双方中从所述多个光源对所述曝光面进行光照射。

11、根据权利要求10所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

使所述返路中的照射区域的路径成为：相对于所述往路中的照射区域的路径，仅平行移动了相邻的所述照射区域间的间距的一半部分的位置。

12、根据权利要求1或8的任一项所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

使来自所述多个光源的光的所述曝光面上的多个照射区域成为：沿横切所述相对移动的方向在相互等间隔间距进行定位；

所述相对移动是往返相对移动，并使之成为：在往路及返路的双方中从所述多个光源对所述曝光面进行光照射；使所述返路中的照射区域的路径成为：相对于所述往路中的照射区域的路径，仅平行移动了所述间距的一半部分的位置；

使所述往路中的所述多个照射区域和所述返路中的多个照射区域，在沿所述相对移动的方向观察时，成为：邻接的区域彼此之间相互一部分重合；

使所述照射区域的形状及所述重合的一部分的面积成为：在扫描型曝光用光源单元进行所述往返相对移动的同时对所述曝光面进行光照射时，在所述曝光面上沿垂直于所述相对移动的方向的曝光量均匀。

13、根据权利要求1或12的任一项所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

对两个曝光定位中的基板的曝光面能交替地进行所述相对移动。

14、根据权利要求1或13的任一项所述的扫描型曝光用光源单元，其中：

所述曝光面形成在基板的两面上，并使之成为：为了将这些曝光面同时曝光，对于每一个的曝光面各设置一个发光单元，这些单元可实施所述相对移动。

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