JP2003043696A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JP2003043696A JP2001231181A JP2001231181A JP2003043696A JP 2003043696 A JP2003043696 A JP 2003043696A JP 2001231181 A JP2001231181 A JP 2001231181A JP 2001231181 A JP2001231181 A JP 2001231181A JP 2003043696 A JP2003043696 A JP 2003043696A
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臣友 石橋
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユーザの負担を軽減し、消費電力を抑え、い
つでもすぐに安定した光量の光を用いて基板の露光をす
ることができる露光装置を提供すること。 【解決手段】 マスクに描かれた回路パターンを基板の
被露光面に露光する露光装置であって、複数の発光素子
が離散的に二次元配列された光源ユニットを有する光源
部と、露光期間中に、光源部と、マスクおよび被露光面
とを第一の方向に沿って相対的に直線移動させる走査手
段とを備え、光源部から発光される光の、第一の方向と
直交する第二の方向における露光幅は、被露光面の最大
長さよりも長く構成されており、発光素子は、走査手段
によって光源部と、マスクおよび被露光面とが相対的に
移動することによって被露光面全域がくまなく露光され
るように配列されている構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マスクに描かれた回路
パターンを基板に露光するために用いられる露光装置、
特に該基板に光を照射する光源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、露光装置は、超高圧水銀灯を光源
として使用していた。そして、該超高圧水銀灯から照射
された光によって露光台に固定された基板に回路パター
ンを露光していた。
【0003】しかし超高圧水銀灯は、一般に寿命が短
い。そのためユーザは、交換作業、および交換に伴う光
量調整作業を頻繁に行わなければならず、手間がかかる
という問題があった。また超高圧水銀灯は、電源を入れ
た後、安定した光量の光が照射されるようになるまで時
間がかかるため、装置を起動後すぐに露光動作を開始す
ることができない。さらに超高圧水銀灯は、安定した光
量の光が照射されつづけるように常時点灯しておく必要
があるため、消費電力がどうしても大きくなってしまう
という問題もあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の従
来の問題点に鑑み、ユーザの負担を軽減し、消費電力を
抑え、いつでもすぐに安定した光量の光を用いて基板の
露光をすることができる露光装置を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる露光装
置は、マスクに描かれた回路パターンを基板の被露光面
に露光する露光装置であって、複数の発光素子が離散的
に二次元配列された光源ユニットを有する光源部と、露
光期間中に、光源部と、マスクおよび被露光面とを第一
の方向に沿って相対的に直線移動させる走査手段とを備
え、光源部から発光される光の、第一の方向と直交する
第二の方向における露光幅は、被露光面の最大長さより
も長く構成されており、発光素子は、走査手段によって
光源部と、マスクおよび被露光面とが相対的に移動する
ことによって被露光面全域がくまなく露光されるように
配列されていることを特徴とする。
【0006】光源として、超高圧水銀灯よりも寿命が長
い発光素子を使用することにより、光源の交換等に関す
るユーザの作業負担を軽減することができる。また該発
光素子には、オンした直後の安定性が高いという特徴も
兼ね備えることから、露光時のみ発光させる(オンさせ
る)ことが可能になる。つまり光源部での消費電力を抑
えることもできる。なお、発光素子単体で照射(露光)
できる領域は狭いが、複数個を所定の状態で配列し、走
査手段によって光源部および被露光面(マスク)を相対
移動させることにより、被露光面全域をくまなく露光す
ることができる。所定の状態での配列とは、具体的には
以下のとおりである。
【0007】例えば、発光素子が、第二の方向に所定の
間隔をおいて複数個配列され、第一および第二の方向に
よって規定される面内において第一の方向に対して所定
角度傾斜した第三の方向に所定の間隔をおいて複数個配
列されている状態が好ましい(請求項2)。
【0008】ここで、各発光素子から発光されて被露光
面上に入射する光が形成するスポットの径をa、第二の
方向におけるスポット径の配列ピッチをb、第三の方向
における発光素子の配列数をKとしたときに、 (a×K)/b≧1・・・(1) を満たすように複数の発光素子を配列すると、光源ユニ
ットから発光される光は、走査手段の走査によって、被
露光面全域をすべて露光することが可能になる。
【0009】さらに詳しくは、回路パターンを露光すべ
き被露光面に入射する光の光量を略均一化するために、
各光源ユニットは、以下の条件(2)、(3)を満たす
のが望ましい。 (a×K)/b≧2・・・(2) K=(b/d)×n・・・(3) 但し、dは第三の方向に沿って配置された発光素子の、
隣接する他の発光素子との第二の方向におけるずれ量、
nは自然数である。
【0010】請求項7に記載の露光装置は、光源ユニッ
トが複数の発光素子から発光される光を各々平行光にす
る光学系をさらに有することを特徴とする。平行光を用
いて露光すると、該平行光はマスクおよび基板に対して
略垂直に入射することになるため、より正確な露光が可
能になる。従来の超高圧水銀灯を光源部に用いた場合、
平行光を形成するために非常に大規模な光学系が要求さ
れた。そのため、極めて高精度な調整が必要となってい
た。ところが、本発明では、光源として小型の発光素子
を使用しているため、安価かつ簡素な構成で平行光を形
成することができるという利点がある。具体的には、請
求項8に記載の発明のように、各発光素子の配置に対応
して配設された複数のコリメータレンズを有する一枚の
平面板で光学系を構成することが可能になる。
【0011】なお、上記の発光素子に、基板に塗布され
る感光材の感度が最も高い紫外光を発光する紫外LED
を用いることが好ましい(請求項9)。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる露光装置
の実施形態について説明する。図1は、実施形態の露光
装置100の光源部1、露光台2近傍を拡大した斜視図
である。図2は露光台2近傍の上面図、図3は露光台2
近傍の側面図である。実施形態の露光装置100は、マ
スクMに描かれた回路パターンを基板Sに露光するため
の装置であり、この露光装置100では、マスクMと基
板Sをわずか(10μm〜20μm)に離して露光するプロ
キシミティー法を用いている。なお各図中、X方向(お
よびX方向の逆方向)は、光源部1および露光台2が相
対的に移動する方向(第一の方向)、つまり露光装置1
00における走査方向である。Y方向は、基板の露光さ
れる面(被露光面)において、X方向と直交する方向
(第二の方向)である。Z方向は、被露光面と直交する
方向、つまり光源部1から照射される光の直進方向であ
る。
【0013】図1から図3に示すように、露光装置10
0は、光源部1(図1中二点鎖線で示す)、露光台2、
第一モータ3、第一レール4、第一ドライバ5、一対の
レール(第二レール)6、第一ボールねじ7、ベース
8、マスクホルダ部9を備えている。
【0014】光源部1は、第一モータ3の駆動によっ
て、第一レール4に沿ってX方向に移動する。第一モー
タ3は、第一ドライバ5を介して制御部10によって制
御されている。ここで光源部1から発光される光によっ
て露光されるY方向の最大幅は、露光装置100で露光
可能な基板Sが有するY方向における最大長さよりも十
分に長く構成される。つまり光源部1がX方向に平行移
動することにより、どのようなサイズの基板Sの被露光
面も全域を露光されることになる。
【0015】基板Sが載置される露光台2は、ベース8
上に設けられている。露光台2は、その下面がX方向に
延びる第二レール6に沿ってガイドされた状態で、第一
ボールねじ7を図示しないテーブル駆動モータにより回
転させることによって、X方向に駆動自在な状態にあ
る。
【0016】各図中斜線部で示すマスクMは、マスクホ
ルダ部9によって保持されている。詳しくは、マスクホ
ルダ部9は、図3に示すように凹字状の断面形状を有し
ており、凹部にマスクMが載置される。該凹部に載置さ
れるマスクMは、X方向の位置決めを行うX調整機構9
aおよびY方向の位置決めを行う一対のY調整機構9b
によって所定位置に固定される。具体的には、各調整機
構9a、9bはL字状のマスク支持部材(図中、塗りつ
ぶし)を備えており、それぞれのマスク支持部材がX、
またはY方向に駆動することにより、マスクMの位置決
めが行われる。なお、位置決めの際に、一対のY調整機
構9bの駆動量をそれぞれ異ならせれば、マスクMをX
Y平面内において回転させることもできる。マスクホル
ダ部9は、Z軸ベース9cによって露光台2に取り付け
られているため、走査時(露光動作時)は、露光台2と
ともにX方向に移動する。また、マスクホルダ部9は、
昇降機構9dによってZ方向に昇降自在な状態にある。
【0017】前工程において、感光材を表面に塗布され
た基板Sは、露光装置100に搬送されて、露光台2に
載置、固定される。その際、前述のX、Y調整機構によ
り、マスクMの基板Sに対する相対的な位置決めが行わ
れる。このときマスクホルダ部9は、基板Sの移動の妨
げにならぬような高さまで、昇降機構9dによってZ方
向の逆方向(つまり光源部1方向)に上昇している。そ
して基板Sが、位置決めされて露光台2に固定される
と、マスクホルダ部9は、マスクMと基板Sの間隔が、
10μm〜20μm程度になるまで昇降機構9dによってZ
方向(つまり露光台2方向)に下降する。
【0018】図4は、光源部1の概略を示す図である。
光源部1は、複数の発光素子が離散的に2次元配列され
た光源ユニットを複数備えている(U1〜Un)。各光
源ユニットU1〜Unは、X方向に並べて設けられてい
る。図5は、光源ユニットU1をY−Z面で切った断面
図である。なお、各光源ユニットU1〜Unは、どれも
同一構造であるため、以下の本文では特に明記しない限
り、光源ユニットU1についてのみ説明し、他の光源ユ
ニットの説明は省略する。図5に示すように、光源ユニ
ットU1は、プリント基板15に取り付けられた複数の
発光素子16と、各発光素子16に対応してその前面に
位置する複数のコリメータレンズ17aが形成されたレ
ンズパネル17とから構成される。なお本実施形態で
は、基板Sに塗布される感光材にとって最も感度の高い
紫外域の光を発光する紫外LEDを発光素子として使用
している。また、コリメータレンズ17aを用いて各紫
外LED16から発光される光を平行光にすることによ
って、回路パターンをより正確に被露光面に焼き付ける
ことができる。
【0019】図6は、光源ユニットU1の紫外LED1
6、および紫外LED16に対応してレンズパネル17
に形成されたコリメータレンズ17aの配列を示した図
である。ここで、露光装置100は、露光期間中、回路
パターンを正確に基板に焼き付けるために、基板Sの被
露光面全域をくまなく露光する必要がある。そこで、紫
外LED16およびコリメータレンズ17aは、X方向
に注目すると、X−Y面内でX方向に対して所定角度傾
いた第三の方向に延びる線分上に沿って複数個配置され
る。ここで、第三の方向に延びる線分上に沿って配置さ
れた紫外LED16は、隣接する他の紫外LED16と
のY方向におけるずれ量が互いに等しい。また、紫外L
ED16およびコリメータレンズ17aは、Y方向に注
目すると、Y方向に平行な線分上に等間隔で複数個配置
されている。つまり、紫外LED16およびコリメータ
レンズ17aは、Y方向と第三の方向とによって規定さ
れる面(略平行四辺形状)に二次元配列されている。
【0020】さらに、紫外LED16の配置ずれによっ
て露光されない領域が発生するのを回避するために、光
源ユニットU1は、第三の方向に配置された各紫外LE
D16から発光された光によって被露光面上で形成され
るスポットのX方向の軌跡が、Y方向において互いに接
してあるいは一部重複して描かれるように構成される。
【0021】すなわち露光装置100の光源ユニットU
1は、紫外LED16から発光されレンズパネル17
(コリメータレンズ17a)を介して被露光面上で形成
されるスポットの径をa、Y方向における隣り合うスポ
ットの中心間の距離(配列ピッチ)をb、第三の方向に
おける紫外LED16の配列数をKとしたときに、下記
条件(1)を満たすよう構成されている。 (a×K)/b≧1・・・(1)
【0022】条件(1)を満たす構成にすることによ
り、第三の方向に配置された各紫外LED16のスポッ
ト径の被露光面上での軌跡は、Y方向において互いに一
部重複することになる。詳しくは、条件(1)の左辺が
1である場合とは、被露光面上での各スポットの軌跡が
Y方向において接する状態を意味する。また、条件
(1)の左辺が1よりも大きい場合とは、被露光面上で
の各スポットの軌跡がY方向において一部重複する状態
を意味する。上記のとおり、第三の方向およびY方向に
おける紫外LED16(およびコリメータレンズ17
a)は等間隔に配置されている。従って条件(1)を満
たすことにより、光源部1と露光台2とのX方向への相
対的移動によって、基板Sの被露光面全域がくまなく露
光される。
【0023】ここで、より精度の高い露光を可能にする
ためには、被露光面上のどの点における入射光量(露光
量)も均一であることが要求される。そこで本実施形態
の露光装置100では、条件(1)をさらに限定した下
記の条件(2)と、条件(3)とを満たすように光源ユ
ニットが構成される。 (a×K)/b≧2・・・(2) K=(b/d)×n・・・(3) 但し、dは第三の方向に沿って配置された紫外LED1
6の、隣接する他の紫外LED16とのY方向における
ずれ量、nは自然数である。
【0024】上記条件(2)を満たす構成にすれば、被
露光面上の回路パターンが露光される領域(中央部)に
おける任意の点を通過するスポットの数が等しくなる。
つまり、該任意の点における露光量が等しくなる。な
お、左辺(a×K)/bが2であるとき、各スポットの
軌跡のY方向における重複は略半径分になっている。
【0025】また、条件(3)は、光源ユニットU1の
みによって露光した場合に被露光面上のどの点における
露光量も均一にするための第三の方向における紫外LE
D16の配列数Kに関する条件である。条件(3)を満
たさない光源ユニットは、被露光面上において走査軌跡
が略一致する紫外LED16の数が場所によって異なっ
てしまい、露光量の均一化が図れない。紫外LED16
は、係数nを大きく設定することにより、第三の方向に
おいて、複数の配列ピッチbにまたがるように配列する
ことも可能になる。ここで係数nを自然数に限定してい
るので、配列数Kは、配列ピッチb単位で設定されるこ
とになり、被露光面上において走査軌跡が略一致する紫
外LED16の数がどの場所でも同一となる。すなわ
ち、紫外LED16を、第三の方向において、複数の配
列ピッチbにまたがるように多数配列したとしても、露
光量はどの場所も略同一になる。
【0026】以上が、光源ユニットU1の構成の説明で
ある。なお図4に示すように、本実施形態の光源部1
は、複数の光源ユニットから構成される。そのため、光
源部1や各光源ユニットU1〜Unの個体差や取り付け
誤差によって、被露光面上における所望の領域に均一な
露光が行われないおそれがある。そのため、各光源ユニ
ットU1〜Unは、Y方向に延びる第三レール11に沿
ってガイドされた状態で、第二ボールねじ12を第三モ
ータ13により回転させることによって、Y方向に所定
量駆動自在な状態にある。
【0027】第三モータ13は、第三ドライバ14を介
して制御部10に接続されている。制御部10は、設定
時に露光台2に設けられた光量検出部(不図示)からの
光量に関するデータに基づいて、所望の領域に均一な露
光が行われるように各光源ユニットU1〜Unに接続さ
れる第三モータ13を駆動制御する。
【0028】露光時は、まず、感光材が塗布された基板
Sが前工程から露光装置100に搬送される。搬送され
た基板Sは、マスクMとの相対的位置決めが行われつつ
露光台2上に載置、固定される。この状態で、光源部1
と露光台2(つまり基板SとマスクM)とを相対的にX
方向へ移動させることにより、基板Sの露光面全域を隙
間なく、かつ均一な光量で露光することができる。
【0029】以上が本発明の実施形態である。本発明は
これらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱
しない範囲で様々な変形が可能である。
【0030】上記実施形態では、光源ユニットの製造の
容易性や隣接する紫外LED16同士による干渉の防止
等に鑑み、紫外LED16は、X方向に注目した場合、
X−Y面内でX方向に対して所定角度傾いた第三の方向
に延びる線分上に沿って複数個配置される。しかし、こ
れはあくまでも一例であって、上述した各条件を満たす
のであれば、紫外LED16のX方向に注目した配置
は、第三の方向に延びる線分上に沿った配置以外の配置
にすることも可能である。
【0031】また、上記実施形態では、一回の走査で得
られる露光量を増加させ、かつ一回の走査にかかる時間
を短縮させるために、光源部1は、複数の光源ユニット
U1〜Unから構成している。ここで、装置の小型化や
低廉化を重視するのであれば、光源部1は、光源ユニッ
ト単体のみから構成することもできる。
【0032】また、該光源ユニットU1〜Unは、紫外
LED16の配置位置に対応する位置にコリメータレン
ズ17aが配設されたレンズパネル17を備えており、
各紫外LED16から発光される光を平行光にして露光
を行っている。しかし、レンズパネル17は必ずしも設
ける必要はなく、例えば基板Sに塗布される感光材がネ
ガタイプであったり、回路パターン露光後の工程である
ソルダレジスト露光工程に使用したりする場合には、レ
ンズパネル17を使用せずに、紫外LED16から発光
された光をそのまま発散光として、使用することも可能
である。
【0033】さらに上記実施形態では、感光材の感度が
最も高い紫外光を発光する紫外LED16を光源として
使用しているが、他の発光素子を使用することも可能で
ある。
【0034】なお、上記実施形態では、便宜上、基板S
の片面のみを露光する露光装置を想定して説明したが、
本発明は両面露光装置にも適用することができる。ま
た、本発明は上記実施形態のようなプロキシミティー法
以外の手法、例えば密着法などで露光を行う装置にも適
用することができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
は、超高圧水銀灯の代わりに所定の並びで配列された複
数個の発光素子を光源として使用することにより、光源
の長寿命化が実現される。つまり、光源の交換作業等に
関するユーザの負担をはるかに軽減することができる。
【0036】光源部に使用される該発光素子は、電源を
入れた後、すぐに安定した光量の光が照射されるように
なる特徴を有することにより、装置を起動後すぐに露光
動作を開始することができる。また上記特徴より、発光
素子を使用すると、露光動作時のみ発光させれば足りる
ため、余分な電力の消費を抑えることができる。
【0037】さらに、超高圧水銀灯を使用する従来の露
光装置は、該水銀灯を十分に冷却するための冷却手段が
必要となったり、該水銀灯から照射される光を平行光に
するために複雑かつ大型の光学系を備えたりしなければ
ならず、光源部、ひいては露光装置全体を大型化せざる
を得なかった。しかし、光源部を複数の発光素子によっ
て構成することにより、常時点灯の必要がなくなるので
冷却手段の小型化が図れる。さらに、安価かつ簡易に形
成できる光学系、例えばレンズパネルを用いることによ
り、露光装置全体の小型化および低廉化を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の露光装置の概略構成図であ
る。
【図2】本発明の実施形態の露光装置の露光台近傍を示
す上面図である。
【図3】本発明の実施形態の露光装置の露光台近傍を示
す側面図である。
【図4】実施形態の露光装置の光源部の拡大図である。
【図5】光源部を構成する光源ユニットの断面図であ
る。
【図6】光源ユニットを構成する紫外LEDの配置を表
す図である。
【符号の説明】
1 光源部 2 露光台 10 制御部 16 紫外LED 17 レンズパネル 17a コリメータレンズ U1〜Un 光源ユニット 100 露光装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月5日(2002.6.5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】図1から図3に示すように、露光装置10
0は、光源部1(図1中二点鎖線で示す)、露光台2、
第一モータ3、第一レール4、第一ドライバ5、一対の
レール(第二レール)6、第一ボールねじ7a、テーブ
ル駆動モータ7b、ベース8、マスクホルダ部9を備え
ている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】基板Sが載置される露光台2は、ベース8
上に設けられている。露光台2は、その下面がX方向に
延びる第二レール6に沿ってガイドされた状態で、第一
ボールねじ7aをテーブル駆動モータ7bにより回転さ
せることによって、X方向に駆動自在な状態にある
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 臣友 東京都板橋区前野町2丁目36番9号 旭光 学工業株式会社内 Fターム(参考) 2H097 BA10 CA03 CA12 EA01 GA45 LA09 5F046 BA02 CA03 CA06 CA09 CC15

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスクに描かれた回路パターンを基板の
    被露光面に露光する露光装置であって、 複数の発光素子が離散的に二次元配列された光源ユニッ
    トを有する光源部と、露光期間中に、前記光源部と、前
    記マスクおよび前記被露光面とを第一の方向に沿って相
    対的に直線移動させる走査手段とを備え、 前記光源部から発光される光の、前記第一の方向と直交
    する第二の方向における露光幅は、前記露光装置で露光
    可能な最大の基板の露光面の第二の方向における長さと
    略同一に構成されており、 前記発光素子は、前記走査手段によって前記光源部と、
    前記マスクおよび前記被露光面とが相対的に移動するこ
    とによって前記被露光面全域がくまなく露光されるよう
    に配列されていることを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の露光装置において、 前記光源ユニットは、前記発光素子が、前記第二の方向
    に所定の間隔をおいて複数個配列され、前記第一および
    第二の方向によって規定される面内において前記第一の
    方向に対して所定角度傾斜した第三の方向に所定の間隔
    をおいて複数個配列されていることを特徴とする露光装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の露光装置において、 前記複数の発光素子は、各発光素子から発光されて前記
    被露光面上に入射する光が形成するスポットの径をa、
    前記第二の方向における前記スポット径の配列ピッチを
    b、前記第三の方向における前記発光素子の配列数をK
    とすると、 (a×K)/b≧1・・・(1) を満たすように前記光源ユニットに配列されていること
    を特徴とする露光装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の露光装置において、前
    記複数の発光素子は、さらに以下の条件(2)、(3)
    をともに満たすように、前記光源ユニットに配列されて
    いることを特徴とする露光装置。 (a×K)/b≧2・・・(2) K=(b/d)×n・・・(3) 但し、dは第三の方向に沿って配置された前記発光素子
    の、隣接する他の前記発光素子との第二の方向における
    ずれ量、nは、自然数、である。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかに記載
    の露光装置において、前記光源部は、 前記第一の方向に沿って配設される複数の光源ユニット
    から構成されることを特徴とする露光装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の露光装置は、 前記複数の光源ユニットをそれぞれ前記第二の方向に所
    定量移動させる駆動手段を、さらに有することを特徴と
    する露光装置。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかに記載
    の露光装置において、 前記光源ユニットは、前記複数の発光素子から発光され
    る光を各々平行光にする光学系をさらに有することを特
    徴とする露光装置。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の露光装置において、 前記光学系は、各発光素子の配置に対応して配設された
    複数のコリメータレンズを有する一枚の平面板であるこ
    とを特徴とする露光装置。
  9. 【請求項9】 請求項1から請求項8のいずれかに記載
    の露光装置において、前記発光素子は、紫外LEDであ
    ることを特徴とする露光装置。
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