JP2003207903A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の発する光束を所定のパターンが形成さ
れたマスクに透過させたうえで感光剤が塗布されたプリ
ント配線基板に投射し、前記所定のパターンを前記プリ
ント配線基板に転写する、投影露光装置であって、マス
クの像の伸縮率の変更が可能な投影露光装置を提供する
ことである。 【解決手段】 光源より発せられた光束を偏向させる第
１の平面鏡と、第１の平面鏡によって偏向した光束が入
射されるレンズユニットと、レンズユニットから射出さ
れた光束を反射させてレンズユニットに再度入射させる
反射手段と、レンズユニットから再度射出された光束を
偏向させる第２の平面鏡と、プリント配線基板上で結像
したマスクの像を伸縮する像伸縮機構とを有し、像伸縮
機構は反射手段をレンズユニットの光軸方向に進退させ
ると共にマスクとプリント配線基板が共にレンズユニッ
トの焦点位置からずれる状態に設定することにより、上
記問題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源の発する光束
を所定のパターンが形成されたマスクに透過させたうえ
で感光剤が塗布されたプリント配線基板に投射し、前記
所定のパターンを前記プリント配線基板に転写する、投
影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線基板の配線パターンや液晶
パネルの透明薄膜電極などを描画する方法として、従来
より投影露光装置等が利用されている。投影露光装置は
超高圧水銀灯などの高出力の光源から発せられる光束を
所定のパターンがかかれたマスクに投射し、さらにこの
光束を感光剤の塗布されたプリント配線基板や集積回
路、液晶パネルなどの被露光体上で結像させてマスクの
パターンを被露光体に転写するものである。

【０００３】一般にプリント配線基板は、スルーホール
を穿孔した後、銅メッキし、次いで整面処理を行って銅
表面の酸化膜を除去し、最後に感光剤が塗布される。こ
の整面処理、温度変化、積層工程によりプリント配線基
板は最大0.2%程度伸縮する。プリント配線基板が伸縮す
ることによってスルーホールの位置も変動するため、こ
のような投影露光装置はプリント配線基板上に結像する
マスクのパターンの像の伸縮率を変更可能とすることが
望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑み、マスクの像の伸縮率の変更を可能とした投影露光
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】上記の目的を達成するた
め、本発明の投影露光装置は、光学系が、光源より発せ
られマスクを通過した光束を偏向させる第１の平面鏡
と、第１の平面鏡によって偏向した光束が入射されるレ
ンズユニットと、レンズユニットから射出された光束を
反射させてレンズユニットに再度入射させ、その反射面
が前記マスクに対して垂直に配置されている反射手段
と、反射手段によって反射されたのち、レンズユニット
から射出された光束を偏向させ、マスクと平行に配置さ
れたプリント配線基板上で結像させる第２の平面鏡と、
プリント配線基板上で結像したマスクの像のマスクに対
する伸縮率を変更可能な像伸縮機構と、を有し、像伸縮
機構は、反射手段をレンズユニットの光軸方向に進退さ
せる反射手段駆動機構と、マスクとプリント配線基板と
が、レンズユニットに対して互いに共役となる状態を保
持しつつ、マスクとプリント配線基板が共にレンズユニ
ットの焦点位置からずれる状態に設定する位置設定手段
と、を有する。

【０００６】すなわち、光源からの光束が入射する反射
手段をレンズユニットの光軸方向に移動させて投影露光
装置のレンズユニットから所定距離だけ移動させること
により、レンズユニットから反射手段に向かう光束の瞳
位置がレンズユニットの光軸方向にずれてテレセン性が
扇状に崩れる。さらにマスクとプリント配線基板が互い
に共役状態を保ちつつ共にレンズユニットの焦点位置か
らずれるようにすることにより、マスクのパターンの像
の伸縮率を変更することができる。

【０００７】また、第１および第２の平面鏡をマスクに
対して近接または離間させることによって、マスクとプ
リント配線基板とが、レンズユニットに対して互いに共
役となる状態を保持しつつ、マスクとプリント配線基板
が共にレンズユニットの焦点位置からずれる状態に設定
する構成としてもよい。

【０００８】また、マスクの像のマスクに対する伸縮率
をＭｇｎ_ｐ、レンズユニットの焦点距離をｆとすると、
第１および第２の平面鏡のマスクに対して近接または離
間させる方向への移動量ΔＤ_１および反射手段の前記レ
ンズユニットから離間又はする方向の移動量ΔＬ_１は、
式 ｜Ｍｇｎ_ｐ−１｜ ＝ ２ × ΔＤ_１ × ΔＬ_１
／ ｆ^２ を満たし、反射手段が前記レンズユニットから離間する
場合においてはマスクの像の前記マスクに対する伸縮率
が１倍以上の時は第１および第２の平面鏡は前記マスク
から離間するように移動し、伸縮率が１倍未満の時は第
１および第２の平面鏡はマスクに近づくよう移動する構
成としてもよい。また、反射手段が前記レンズユニット
に接近する場合においては、前式を満たした状態で、マ
スクの像の前記マスクに対する伸縮率が１倍以上の時は
第１および第２の平面鏡は前記マスクに近づくように移
動し、伸縮率が１倍未満の時は第１および第２の平面鏡
はマスクから離間するよう移動する構成としてもよい。

【０００９】また、像伸縮機構がプリント配線基板の伸
縮率を計測可能な伸縮率計測手段を有する構成としても
良い。伸縮率計測手段がプリント配線基板の伸縮率を計
測する方法としては、例えばマスクおよびプリント配線
基板上の長手方向と短手方向にそれぞれ少なくとも２つ
形成されたマーク間の距離をそれぞれ計測し、プリント
配線基板のマーク間距離計測結果とマスクのマーク間距
離計測結果を比較する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態による
投影露光装置を模式的に示したものである。なお、以下
の説明においては、主走査方向（マスクおよびプリント
基板が駆動される方向）をＸ軸、副走査方向をＹ軸、光
束がプリント基板に入射する方向をＺ軸と定義してい
る。また、Ｘ軸については図１中左下から右上に向かう
方向、Ｙ軸については図１中右下から左上に向かう方
向、Ｚ軸については図１中下から上に向かう方向をそれ
ぞれ正としている。図１には光源２は１つしか記載され
ていないが、実際の投影露光装置はＹ軸方向に複数個の
光源および投影光学系が配置されており、マスクおよび
プリント基板を往復させること無くプリント基板全面を
露光することができる。

【００１１】本実施形態の投影露光装置１は、光源２、
コリメータレンズ３、マスク４、折り返しミラー５、レ
ンズユニット６、ダハミラー７、基板ホルダ８を有す
る。

【００１２】光源２は例えば超高圧水銀灯のような、プ
リント基板に塗布された感光剤を感光させるのに充分な
波長と出力を有する光源である。光源２から放射される
Ｚ軸負の方向向きの光束はコリメータレンズ３によって
マスク４上で矩形状に照明され、次いで折り返しミラー
５に入射する。

【００１３】折り返しミラー５は、直角二等辺三角形断
面の三角柱形状の部材であり、その高さ方向はＹ軸に平
行である。また、折り返しミラー５の二等辺部側面は反
射面であり、その反射面の法線は共に、Ｘ軸と４５度の
角度をなしている。折り返しミラー５はマスク４を通過
した光束を反射してＸ軸正の方向に向かうよう屈曲させ
てレンズユニット６に入射させるとともに、レンズユニ
ット６からＸ軸負の方向に折り返しミラー５に投射され
る光束を反射してＺ軸負の方向に向かうよう屈曲させて
基板ホルダ８に固定されたプリント基板Ｂに入射させ
る。プリント基板Ｂに入射した光束はプリント基板Ｂ上
で結像する。すなわち、マスク４の像がプリント基板Ｂ
上で結像し、プリント基板Ｂ上に塗布された感光剤によ
ってこの像はプリント基板Ｂ上に転写される。

【００１４】レンズユニット６は複数の光学部材をＸ軸
方向に並べたユニットであり、全体としては凸レンズと
同様の働きをする。

【００１５】ダハミラー７は、２つの反射面がＸＹ面上
において９０度の角度で内側を向くように構成されたミ
ラーであり、レンズユニット６からダハミラー７に投射
される光束をＸＹ平面上で入射方向と同じ方向に反射し
てレンズユニット６に戻す。ダハミラー７は、レンズユ
ニット６の焦点位置付近に配置されている。この構成に
よりマスク４のパターンは基板Ｂ上でＸＹ方向共反転す
ることなく同じ向きに転写される。

【００１６】マスク４および基板ホルダ８はそれぞれマ
スク駆動機構１４、基板ホルダ駆動機構１８によって駆
動され、Ｘ軸方向に移動可能である。同様に、折り返し
ミラー５は折り返しミラー駆動機構１５によって駆動さ
れ、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能である。また、
ダハミラー７はダハミラー駆動機構１７によってＸ軸方
向およびＹ軸方向に移動可能である。

【００１７】また、投影露光装置１の各投影光学系には
マスク位置検出手段２４および基板位置検出手段２８が
備えられている。マスク位置検出手段２４および基板位
置検出手段２８はそれぞれプリント基板Ｂに塗布された
感光剤と反応しない波長域および強度のランプと、ＣＣ
Ｄカメラとを備えている。マスク位置検出手段２４はラ
ンプによってマスク４を照射すると共に、ＣＣＤカメラ
によってマスク４の全体画像を取得する。同様に、基板
位置検出手段２８はランプによってプリント基板Ｂを照
射すると共に、ＣＣＤカメラによってプリント基板Ｂの
全体画像を取得する。マスク４、プリント基板Ｂのそれ
ぞれ４隅には位置合わせ用のマークがあり、コントロー
ラ１０はマスク位置検出手段２４と基板位置検出手段２
８のそれぞれのＣＣＤカメラによって取得されたマスク
４およびプリント基板Ｂの全体画像を画像処理すること
により、マスク４およびプリント基板Ｂのそれぞれにつ
いて、位置合わせ用のマークのそれぞれと光源２から発
せられた光束の入射位置との距離を算出することができ
る。また、コントローラ１０はマスク４およびプリント
基板Ｂのそれぞれについて位置合わせ用のマーク間の距
離を算出可能であり、マスク４上のマーク間の距離とプ
リント基板Ｂ上のマーク間の距離とを比較することによ
り、マスク４の像をプリント基板Ｂ上に転写するときの
倍率を決定する。

【００１８】また高精度な位置合わせと倍率補正が要求
される場合はマスク４、プリント基板Ｂの４隅のマーク
位置それぞれにＣＣＤカメラ２４，２８を配置して倍率
を上げて検出する方法がある。この場合、光束の入射位
置に対する各々のＣＣＤカメラ位置は認識でき、このＣ
ＣＤカメラ位置からＣＣＤカメラ同士の間隔を算出する
事が可能である。したがって、ＣＣＤカメラ同士の間隔
と各ＣＣＤカメラの撮影画像におけるマークの座標とか
ら、位置合わせ用のマークのそれぞれと光源２から発せ
られた光束の入射位置との距離をより厳密に計測するこ
とが可能である。

【００１９】また、投影露光装置１は基板高さ検出機構
３８を有する。コントローラ１０は基板高さ検出機構３
８を制御して、プリント基板Ｂの露光面のＺ軸方向の位
置を検出することができる。基板高さ検出機構３８の具
体的な構成については後述する。

【００２０】以上のように構成された投影露光装置１に
よって、マスク４の像をプリント基板Ｂに露光させる方
法を図面を用いて以下に説明する。

【００２１】最初に、プリント基板Ｂの露光面の位置
（Ｚ軸方向）、およびプリント基板Ｂ上に結像されるマ
スク４の像の伸縮比が求められる。

【００２２】図２は、マスク４をＺ軸正の方向から見た
概略図である。マスク４は４辺のそれぞれがＸ軸または
Ｙ軸と平行である長方形板状の部材である。マスク４の
中央部には、プリント配線パターンがかかれているマス
ク部４ａが形成されており、またマスク４の周縁部４ｂ
には配線パターンはかかれていない。

【００２３】マスク４の周縁部４ｂの４隅には位置検出
用のマークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄがパターニ
ングされている。マークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１
ｄは４辺のそれぞれがＸ軸またはＹ軸と平行である長方
形の４頂点にあり、この長方形の中にマスク部４ａがす
べて含まれるようになっている。コントローラ１０はマ
スク位置検出手段２４を制御して、マークＭ１ａとＭ１
ｂとの距離ｌ_１１ｘと、マークＭ１ｃとＭ１ｄとの距離
ｌ_１２ｘと、マークＭ１ｂとＭ１ｃとの距離ｌ
_１１ｙと、マークＭ１ａとＭ１ｄとの距離ｌ_１２ｙとを
算出する。次いで、ｌ_{１ １ｘ}とｌ_１２ｘの平均値ｌ_１ｘ
と、ｌ_１１ｙとｌ_１２ｙの平均値ｌ_１ｙとを求める。ｌ
_１ｘおよびｌ_１ｙは投影光学系のそれぞれが備えるマス
ク位置検出手段２４毎に求められ、コントローラ１０は
その平均値ｌ_１ｘｍおよびｌ_１ｙｍを演算する。

【００２４】図３は、プリント基板ＢをＺ軸正の方向か
ら見た概略図である。マスク４と同様、プリント基板Ｂ
の中央部にはプリント配線パターンが転写されるパター
ン部Ｂ１がある。プリント基板Ｂの周縁部Ｂ２の４隅に
は位置検出用マークまたは穴がありＭ２ａ，Ｍ２ｂ，Ｍ
２ｃ，Ｍ２ｄとする。コントローラ１０は基板位置検出
手段２８を制御して、マークＭ２ａとＭ２ｂとの距離ｌ
_２１ｘと、マークＭ２ｃとＭ２ｄとの距離ｌ_２２ｘと、
マークＭ２ｂとＭ２ｃとの距離ｌ_２１ｙと、マークＭ２
ａとＭ２ｄとの距離ｌ_２２ｙとを算出する。次いで、ｌ
_２１ｘとｌ_{２２ ｘ}の平均値ｌ_２ｘと、ｌ_２１ｙとｌ
_２２ｙの平均値ｌ_２ｙとを求める。

【００２５】以上のように、ｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，ｌ_１ｙ，
ｌ_２ｙを算出することにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向
のそれぞれについて、プリント基板Ｂがマスク４に比べ
てどの程度伸縮しているのかを演算することができる。
プリント基板Ｂは整面処理、温度変化、積層工程により
伸縮するため伸縮率がＸ，Ｙ方向で異なる。本実施形態
の投影露光装置１は、マスク４の像がプリント基板Ｂ上
に結像するときの倍率を設定可能となっているが、Ｘ軸
方向の倍率とＹ軸方向の倍率とを別個に設定することは
できないので、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを演算する。

【００２６】本実施形態においては、各投影光学系のそ
れぞれが備えるマスク位置検出手段２４および基板位置
検出手段２８毎にｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，ｌ_１ｙ，ｌ_２ｙを算
出し、ｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，ｌ_１ｙ，ｌ_２ｙそれぞれの平均
値ｌ_１ｘｍ，ｌ_２ｘｍ，ｌ_{１ ｙｍ}，ｌ_２ｙｍを求める。
次いで、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを式Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_{２ｘ ｍ}
＋ｌ_２ｙｍ）／（ｌ_１ｘｍ＋ｌ_１ｙｍ）を用いて算出す
る。

【００２７】倍率Ｍｇｎ_ｐを前述の式によって演算する
構成とすると、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでは異なる伸縮率
で引き伸ばされたプリント基板にマスク４の像が適切な
倍率Ｍｇｎ_ｐで投影されたとき、マスク４の像の投影位
置とプリント基板とのずれ量の最大値を最小に保つこと
が可能となる。

【００２８】なお、本実施形態においては適切な倍率Ｍ
ｇｎ_ｐを上記の式によって演算しているが、本発明は上
記の式に限定されるものではなく、他の方法を用いて倍
率Ｍｇｎ_ｐを演算しても構わない。例えば、Ｍｇｎ_ｐ＝
（ｌ_２ｘｍ／ｌ_１ｘｍ＋ｌ_{２ ｙｍ}／ｌ_１ｙｍ）／２とす
る、ｌ_２ｘｍ／ｌ_１ｘｍとｌ_２ｙｍ／ｌ_１ｙｍのうちい
ずれかをＭｇｎ_ｐとする、或いは適切な定数ｍ，ｎを用
いてＭｇｎ_ｐ＝（ｍｌ _２ｘｍ／ｌ_１ｘｍ＋ｎｌ_２ｙｍ／
ｌ_１ｙｍ）／（ｍ＋ｎ）としてもよい。

【００２９】また、本実施の形態においては、投影光学
系毎にｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，ｌ_１ｙ，ｌ _２ｙを算出し、それ
ぞれの平均値ｌ_１ｘｍ，ｌ_２ｘｍ，ｌ_１ｙｍ，ｌ_２ｙｍ
からＭｇｎ_ｍを演算しているが、演算時間の短縮化のた
め、ある投影光学系のマスク位置検出手段２４および基
板位置検出手段２８によって求められたｌ_１ｘ，
ｌ_{２ ｘ}，ｌ_１ｙ，ｌ_２ｙのみを用いて適切な倍率Ｍｇｎ
_ｐを演算する構成としても良い。

【００３０】図４は、基板ホルダ８およびプリント基板
ＢをＹ軸負の方向から見た概略図である。基板高さ検出
機構３８はプリント基板Ｂ上に塗布された感光剤と反応
しない波長および強度のレーザ光ＬＢをプリント基板Ｂ
に向けてＸＺ平面上斜め方向に入射させるレーザ光源３
８ａと、３８ａより出射した光をプリント基板Ｂ上に集
光させる凸レンズ３８ｄと、プリント基板Ｂ上で反射し
たレーザ光ＬＢを受光する受光部３８ｂと、凸レンズ３
８ｃを有する。凸レンズ３８ｃは受光部３８ｂの受光面
の手前に、その光軸が反射したレーザ光ＬＢの光軸と平
行になるよう配置されており、プリント基板Ｂ上で反射
したレーザ光ＬＢを屈折させて受光部３８ｂの受光面内
に収める。プリント基板Ｂ上の反射位置と受光部３８ｂ
は凸レンズ３８ｃの共役位置にあり、倍率μの関係にな
っている。尚、倍率μとはおよそ凸レンズ３８ｃと受光
部３８ｂ間の光軸方向の長さΛ２と、プリント基板Ｂ上
反射面と凸レンズ３８ｃ間の光軸方向の長さΛ１の比Λ
２／Λ１である。プリント基板Ｂ上で反射した時点での
レーザ光ＬＢが凸レンズ３８ｃの光軸よりもＺ軸負の方
向寄り（すなわち、プリント基板Ｂ寄り）のときは、レ
ーザ光ＬＢは凸レンズ３８ｃの光軸よりもＺ軸正の方向
寄りの位置に入射する。

【００３１】受光部３８ｂは受光部３８ｂの受光面のど
の位置にレーザ光ＬＢが入射したのかを検出可能であ
り、この入射位置からプリント基板Ｂの高さを検出可能
である。

【００３２】基板高さ検出機構３８を用いたプリント基
板Ｂの高さの検出方法を以下に詳説する。なお、受光部
３８ｂの受光面の中心（受光面と凸レンズ３８ｃの光軸
とが交差する点）にレーザ光ＬＢが入射したときの基板
高さＢＨ_０をあらかじめ実験によって算出する。

【００３３】ここで、レーザ光ＬＢの入射位置が凸レン
ズ３８ｃの光軸と受光部３８ｂの受光面との交点からΔ
Ｌ_Ｄだけずれている場合、その時の基板高さＢＨは数１
によって演算される。なお、レーザ光ＬＢの入射位置が
プリント基板Ｂから遠ざかる方向に移動している場合は
ΔＬ_Ｄ＞０、プリント基板Ｂに近づく方向に移動してい
る場合はΔＬ_Ｄ＜０としている。また、θはレーザ光Ｌ
Ｂの入射角である。

【００３４】

【数１】

【００３５】ここでＢＨをより精度良く検出する為には
あらかじめ実験等によりＢＨの変化に対するΔＬ_Ｄを計
測しておく方法もある。

【００３６】以上の方法にて算出したプリント基板Ｂの
高さＢＨ、および折り返しミラー５の位置から、マスク
４からレンズユニット６に至る光路長とレンズユニット
６からプリント基板Ｂの露光面に至る光路長との和Ｄ_Ｌ
を演算可能となっている。

【００３７】マスク４上に形成されたパターンがプリン
ト基板Ｂ上にピントが合った状態で結像するようにする
ためにはレンズユニット６に対してマスク４とプリント
基板Ｂの露光面とが共役の関係となるように配置されて
いなければならない。本実施形態においてはレンズユニ
ット６は固定されており、またマスク４および基板ホル
ダ８はＺ軸方向には移動しない。

【００３８】上記のような構成の露光装置１において
は、折り返しミラー５をＸ軸方向に移動させることによ
り、マスク４とプリント基板Ｂの露光面とが共役の関係
となるようにしてピント合わせが行われる。距離Ｄ_Ｌが
レンズユニット６の焦点距離の２倍であるとき、マスク
４とプリント基板Ｂの露光面とが共役の関係となる。以
下、折り返しミラー５の移動によってマスク４上に形成
されたパターンがプリント基板Ｂ上に結像するようにす
る手順を図５を用いて説明する。

【００３９】図５は、図１の投影露光装置１をＹ軸方向
に投影した側面図である。図５においては、図面の簡略
化のためレンズユニット６は一枚の凸レンズとして、ま
たダハミラー７は１枚の平面鏡として記載されている。
コントローラ１０は距離Ｄ_Ｌとレンズユニット６の焦点
距離ｆを比較し、プリント基板Ｂの露光面とマスクのレ
ンズユニット６による結像面との距離の差ΔＤ_Ｌ＝Ｄ_Ｌ
−２ｆを求める。次いで、ΔＤ_Ｌ＞０ならばＸ軸正の方
向に、またΔＤ_Ｌ＜０ならばＸ軸負の方向に折り返しミ
ラー５を距離|ΔＤ_Ｌ|／２だけ移動させる。ここで、図
５においてはΔＤ_Ｌ＞０であり、レンズユニット６によ
る結像面の位置はプリント基板Ｂの露光面よりもＺ軸正
の方向に|ΔＤ_Ｌ|だけ移動した位置（図５中２点鎖線で
図示された位置）となる。折り返しミラー５をＸ軸正の
方向に距離|ΔＤ_Ｌ|／２だけ移動させたときの折り返し
ミラー５を破線で、またその時の光路を一点鎖線で示
す。このときのマスク４からレンズユニット６に至る光
路長とレンズユニット６からプリント基板Ｂの露光面に
至る光路長との和Ｄ_Ｌ’は折り返しミラー５を動かす前
の距離Ｄ_Ｌよりも|ΔＤ_Ｌ|だけ短くなっており、Ｄ_Ｌ’
＝２ｆとなる。従ってマスク４とプリント基板Ｂの露光
面とが共役の関係となり、マスク４上に形成されたパタ
ーンはプリント基板Ｂ上に結像するようになる。従っ
て、上記のように前工程でプリント基板Ｂの高さを計測
し、結像位置を調整することで、投影露光装置１は厚さ
の異なるプリント基板に対応可能となっている。

【００４０】次いで、マスク４の像がプリント基板Ｂ上
に結像するときの倍率を上記の演算によって求めた倍率
Ｍｇｎに設定する。倍率の設定は、コントローラ１０が
ダハミラー駆動機構１７を制御してダハミラー７をＸ軸
方向に駆動し、さらにコントローラ１０が折り返しミラ
ー駆動機構１５を制御して折り返しミラー５をＺ軸方向
に駆動することによって行われる。

【００４１】図９および図１０を用いて倍率の設定の原
理について説明する。図９は、レンズユニット６および
ダハミラー７をＺ軸正の方向から見た概略図である。図
示の簡略のため、レンズユニット６およびダハミラー７
はそれぞれ一枚の面として描写されている。また、ダハ
ミラー７に向かう光束を２点鎖線で、ダハミラー７で反
射した光束を破線で示す。

【００４２】倍率を設定するためには、最初にダハミラ
ー７をレンズユニット６の焦点位置７ａからＸ軸正の方
向にΔＬ_１移動させる。ダハミラー７をこのように移動
させると、レンズユニット６出射時の瞳位置をＸ軸正の
方向に２ΔＬ_１ずらす事になる。この結果、平行光束で
ある入射光に対して反射光はテレセン性が扇状に崩れた
光束となる。

【００４３】しかしながら、基板側焦点位置での像の大
きさはテレセン性を崩しただけでは変化しない。そこ
で、レンズユニット６に対するマスク４およびプリント
基板Ｂの露光面の相対位置を、マスク４とプリント基板
Ｂの露光面とがレンズユニット６に対して共役状態を保
つように光学的に移動させる。すなわち、プリント基板
Ｂの露光面がレンズユニット６に対して近づけば、プリ
ント基板Ｂの露光面状に結像されるマスクの像は拡大さ
れる。反対にプリント基板Ｂの露光面がレンズユニット
６に対して遠ざかれば、プリント基板Ｂの露光面状に結
像されるマスクの像は縮小される。

【００４４】レンズユニット６に対するマスク４および
プリント基板Ｂの露光面の相対位置を、マスク４とプリ
ント基板Ｂの露光面とがレンズユニット６に対して共役
状態を保つように光学的に移動させるために、折り返し
ミラー５をＺ軸の方向にΔＤ _１移動させる。なお、ダハ
ミラー７をＸ軸正の方向に移動させた場合に、像を拡大
するときは折り返しミラー５をＺ軸負の方向に移動さ
せ、像を縮小するときは折り返しミラー５をＺ軸正の方
向に移動させる。また、ダハミラー７をＸ軸負の方向に
移動させた場合に、像を拡大するときは折り返しミラー
５をＺ軸正の方向に移動させ、像を縮小するときは折り
返しミラー５をＺ軸負の方向に移動させる。

【００４５】図１０は、マスク４、折り返しミラー５、
レンズユニット６、ダハミラー７、およびプリント基板
ＢをＹ軸負の方向から見たものである。図１０において
は、倍率を設定する前の光束を２点鎖線で、またダハミ
ラー７および折り返しミラー５を移動して倍率を設定し
た後の光束を破線で示している。なお、図１０に示した
例においては倍率Ｍｇｎ_ｐ＜１とし、折り返しミラー５
はＺ軸正の方向に移動する。

【００４６】図９、１０に示すように、ダハミラー７を
位置７ａから７ｂへＸ軸正の方向にΔＬ_１移動させ、さ
らに折り返しミラー５をＺ軸正の方向にΔＤ_１移動させ
ることにより、マスク４を通過した光束が収縮してプリ
ント基板Ｂ上で結像する。このとき、ΔＬ_１およびΔＤ
_１は数２を満たす値に設定される。なお、この倍率補正
においては、光軸の中心位置は変化しない。

【００４７】

【数２】

【００４８】図６は、上記倍率の設定原理によって像の
拡大処理が行われた後の光源２、マスク４およびプリン
ト基板ＢをＸ軸正の方向から見たものである。なお、実
際の投影露光装置においては、コリメータレンズ３、折
り返しミラー５、レンズユニット６およびダハミラー７
を介してマスク４のパターンがプリント基板Ｂ上に結像
する構成であるが、図６においては結像状態を明確に示
すため光源２、マスク４およびプリント基板Ｂのみ記載
するものとする。図６に示すように、像の拡大処理が行
われると、個々の光源２による像のそれぞれは拡大され
るものの、それぞれの像のＹ軸方向の結像位置は変化し
ない。このため、各光源による像がプリント基板Ｂ上で
重なり合って、正確にマスク４のパターンがプリント基
板Ｂ上に転写されない。従って、各像のＹ軸方向の結像
位置を、像同士が重ならないようにそれぞれＹ軸方向に
シフトさせるＹシフト処理が行われる。

【００４９】図１１および図１２は、マスク４、プリン
ト基板Ｂ、レンズユニット６およびダハミラー７をＺ軸
正の方向から見た概略図である。図示の簡略のため、レ
ンズユニット６はそれぞれ一枚の面として描写され、さ
らに折り返しミラー５を省略して基板面およびマスク面
の位置はＸＹ平面上に投影されている。

【００５０】図１１は、Ｙシフト処理を行う前のマスク
４、プリント基板Ｂ、レンズユニット６およびダハミラ
ー７の状態を示したものである。この時、マスク４およ
びプリント基板Ｂは共にレンズユニット６の焦点距離ｆ
だけレンズユニット６から離れている。また、ダハミラ
ー７はレンズユニット６の焦点位置Ｏ_Ｍに配置されてい
る。なお、光束を２点鎖線で示す。

【００５１】この時の光束は、図１１のようなマスク４
とプリント基板ＢをＸＹ平面上に投影した図において
は、入射光と反射光との光路が等しくなる。

【００５２】Ｙシフト処理は、コントローラ１０がダハ
ミラー駆動機構１７を制御してダハミラー７をＹ軸方向
に駆動し、さらにコントローラ１０が折り返しミラー駆
動機構１５を制御して折り返しミラー５をＺ軸方向に駆
動することによって行われる。

【００５３】図１２は、Ｙシフト処理を行ってプリント
基板Ｂ上の結像位置をＹ軸負の方向にΔＹ移動させたと
きのマスク４、プリント基板Ｂ、レンズユニット６およ
びダハミラー７の状態を示したものである。なお、図１
２においては、ダハミラー７によって反射する前の光束
を２点鎖線で、また反射後の光束を破線で示す。図１１
に示すように、ダハミラー７をＯ_Ｍの位置にあるとき
は、レンズユニット６からダハミラー７に向かう光束の
瞳位置はＯ_Ｍである。一方、ダハミラー７をＯ_ＭからＹ
軸正の方向に距離ΔＬ_２だけ移動させると、図１２に示
すように上記瞳位置はＯ_ＭからＹ軸正の方向に距離２Δ
Ｌ_２だけ移動する。なお、ダハミラー７をＯ_ＭからＹ軸
負の方向に移動させると、上記瞳位置もＯ_ＭからＹ軸負
の方向にダハミラー７の移動距離の２倍だけ移動する。

【００５４】この結果、テレセン性が斜めに崩れるが、
マスク４およびプリント基板Ｂは共にレンズユニット６
の焦点距離ｆだけレンズユニット６から離れている状態
では、プリント基板Ｂ上の結像位置はシフトしない。そ
こで、折り返しミラー５をＺ軸負の方向にΔＤ_２移動さ
せてマスク４とプリント基板Ｂとが共役状態を保つよう
に両者のレンズユニット６からの光路長を変化させる。
折り返しミラー５をＺ軸負の方向にΔＤ_２移動させるこ
とにより、マスク４からレンズユニット６の光路長はΔ
Ｄ_２増加し、レンズユニット６からプリント基板Ｂへの
光路長はΔＤ_２減少する。このとき、ΔＬ_２およびΔＤ
_２は数３を満たす値に設定される。

【００５５】

【数３】

【００５６】ここで、数２のΔＤ_１、数３のΔＤ_２は共
に折り返しミラー５のＺ軸方向の移動量を示し、「ΔＤ
_１＝ΔＤ_２」を満足する状態で数２および数３の他の軸
の移動量を求める。

【００５７】なお、投影露光装置１に用いられている光
源および投影光学系の数をｎ_Ｌとすると、ΔＹの値は数
４を用いて求められる。

【００５８】

【数４】

【００５９】ここで、ａは自然数であり、最もＹ軸負側
の光源の場合はａ＝１であり、この隣の光源の場合はａ
＝２、さらにその隣の光源の場合はａ＝３・・、という
ようにａ＝ａ_ｍである光源にＹ軸正側に隣接する光源の
ａの値はａ＝ａ_ｍ＋１となるように設定される。

【００６０】また、定数Ｗは倍率補正を行なわない時の
１つの投影光学系の露光幅である。

【００６１】図７はＹシフト処理が行われた後の光源
２、マスク４およびプリント基板ＢをＸ軸正の方向から
見たものである。図７に示すように、上記の手順によっ
てＹシフトが行われると、中央の光源２および投影光学
系による像はシフトせず、その隣の光源２および投影光
学系による像はそれぞれＷ（Ｍｇｎ−１）だけ外側にシ
フトし、さらにその外側に隣接する光源２による像はそ
れぞれ２Ｗ（Ｍｇｎ−１）だけ外側にシフトする。従っ
て、各像のＹ軸方向の結像位置は、像同士が重ならない
ように配置され、マスク４のパターンが正確にプリント
基板Ｂ上に転写される。

【００６２】次いで、基板ホルダ８の駆動速度が設定さ
れる。本実施形態においてはマスク４の駆動速度は所定
値Ｖ_Ｍに固定されている。マスク４のパターンをＸ軸方
向に倍率Ｍｇｎだけ拡大された状態でプリント基板Ｂ上
に転写するためには、基板ホルダ８の駆動速度Ｖ_Ｂを、
Ｖ_Ｂ＝Ｍｇｎ×Ｖ_Ｍとなるように設定する。

【００６３】次いで、マスク４とプリント基板ＢとのＸ
軸方向の位置合わせが行われる。図８は、図１の投影露
光装置１をＹ軸方向に投影した側面図である。図８にお
いては、図面の簡略化のためレンズユニット６は一枚の
凸レンズとして、またダハミラー７は１枚の平面鏡とし
て記載されている。なお、位置合わせを行うに当たっ
て、マスク４のマスク部４ａ（図２参照）のＸ軸正方向
の先頭が光源２の直下に来るよう、マスク４は配置され
ている。

【００６４】コントローラ１０はマスク位置検出手段２
４から得られる画像を処理して、光源２から発せられる
光束Ｌがマスク４に入射する位置Ｉ_１とマスク４上の４
隅に配置された位置合わせ用マークのうち、Ｘ軸正方向
先頭（図８中右）のマークＭ１ｂおよびＭ１ｃとの距離
のＸ軸成分ｄ_１１ｘおよびｄ_１２ｘを計測可能である。
次いで、ｄ_１１ｘとｄ_１２ｘの平均値ｄ_１ｘを演算す
る。この時、距離ｄ_１ｘはマスク４のマスク部４ａのＸ
軸正方向の先頭と、マークＭ１ｂとＭ１ｃを結ぶ線分と
の距離のＸ軸成分を示す。同様に、コントローラ１０は
基板位置検出手段２８から得られる画像を処理して、光
束Ｌがプリント基板Ｂに入射する位置Ｉ_２とプリント基
板Ｂ上の４隅に配置された位置合わせ用マークのうち、
Ｘ軸正方向先頭（図８中右）のマークＭ２ｂおよびＭ２
ｃとの距離のＸ軸成分ｄ_２１ｘおよびｄ_２２ｘを計測可
能である。次いで、ｄ_２１ｘとｄ_２２ｘの平均値ｄ_２ｘ
を演算する。

【００６５】また、ｄ_１ｘおよびｄ_２ｘは投影光学系の
それぞれが備えるマスク位置検出手段２４および基板位
置検出手段２８毎に求められ、コントローラ１０はそれ
ぞれの平均値ｄ_１ｘｍおよびｄ_２ｘｍを演算する。

【００６６】基板ホルダ８の駆動速度Ｖ_Ｂは、Ｖ_Ｂ＝Ｍ
ｇｎ_ｐ×Ｖ_Ｍとなるように設定されているので、数５を
満たすように基板ホルダ８を移動させる。

【００６７】

【数５】

【００６８】この位置関係でＭ１ｂからＭ１ａまでマス
ク４を速度Ｖ_Ｍで、また基板ホルダ８を速度Ｖ_ＢでＸ軸
正の方向に駆動することにより、マスク位置合わせ用マ
ークが基板位置合わせ用マークに対して均等にずれるよ
うに転写され、マスク４のマスク部４ａのパターンは、
正確にプリント基板Ｂのパターン部Ｂ１上に転写される
ので、プリント基板Ｂに形成されたスルーホールと転写
された配線パターンがずれることはない。

【００６９】本実施形態における基板ホルダ８の移動手
順を以下に示す。最初に、コントローラ１０は数６を用
いて基板ホルダ８の移動距離Δｄを演算する。

【００７０】

【数６】

【００７１】次いで、コントローラ１０は基板ホルダ駆
動機構１８を制御して、基板ホルダ８をＸ軸方向にΔｄ
だけ移動させる。なお、Δｄ＞０であればＸ軸正の方向
に駆動し、Δｄ＜０であればＸ軸負の方向に駆動する。

【００７２】本例においては、Δｄ＞０であるので、基
板ホルダ８はＸ軸正の方向にΔｄだけ移動し、位置合わ
せ用マークＭ１Ｂは破線の位置に移動する。プリント基
板プリント基板プリント基板この結果、マスク４とプリ
ント基板Ｂとの位置関係は数５を満たすようになる。

【００７３】このようにマスク４とプリント基板Ｂとの
位置合わせを行った後、光源２を点灯し、マスク４とプ
リント基板ＢとをＸ軸方向に移動することにより、正確
に位置決めされた状態でマスク４にかかれたパターンが
プリント基板Ｂに転写される。

【００７４】なお、マスク４とプリント基板Ｂとの移動
が開始された後も、基板高さ検出機構３８を用いてマス
ク４からレンズユニット６に至る光路長とレンズユニッ
ト６からプリント基板Ｂの露光面に至る光路長との和Ｄ
_Ｌは算出されている。Ｄ_Ｌ＝２ｆが常に成立するように
折り返しミラー５をＸ方向に駆動することにより、厚さ
が部位によって異なるようなプリント基板であっても、
マスク４上に形成されたパターンをプリント基板Ｂ上に
結像させることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明の投影露光装置に
よれば、プリント配線基板上に結像するマスクのパター
ンの像の拡大率を変更可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による投影露光装置を模式
的に示した概略図である。

【図２】本発明の実施の形態のマスクの概略図である。

【図３】本発明の実施の形態のプリント基板の概略図で
ある。

【図４】本発明の実施の形態のプリント基板基板高さ検
出機構の概略図である。

【図５】本発明の実施の形態の投影露光装置のピント合
わせ機構を模式的に示した概略図である。

【図６】Ｙシフト操作を行う前の結像状態を模式的に示
したものである。

【図７】Ｙシフト操作を行った後の結像状態を模式的に
示したものである。

【図８】本発明の実施の形態の投影露光装置の位置合わ
せ機構を模式的に示した概略図である。

【図９】本発明の実施の形態の投影露光装置の、レンズ
ユニットおよびダハミラーをＺ軸正の方向から見た概略
図である。

【図１０】本発明の実施の形態の投影露光装置の、マス
ク、折り返しミラー、レンズユニット、ダハミラー、お
よびプリント基板をＹ軸負の方向から見たものである。

【図１１】本発明の実施の形態の投影露光装置の、マス
ク、折り返しミラー、レンズユニット、ダハミラー、お
よびプリント基板をＺ軸正の方向から見たものである。

【図１２】Ｙシフト操作を行った後の投影露光装置の、
マスク、折り返しミラー、レンズユニット、ダハミラ
ー、およびプリント基板をＺ軸正の方向から見たもので
ある。

【符号の説明】

１ 投影露光装置 ２ 光源 ３ コリメータレンズ ４ マスク ５ 折り返しミラー ６ レンズユニット ７ ダハミラー ８ 基板ホルダ １０ コントローラ １４ マスク駆動機構 １５ 折り返しミラー駆動機構 １７ ダハミラー駆動機構 １８ 基板ホルダ駆動機構 ２４ マスク位置検出手段 ２８ 基板位置検出手段 ３８ 基板高さ検出機構 Ｂ プリント基板

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年１月２１日（２００３．１．２
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７２】本例においては、Δｄ＞０であるので、基
板ホルダ８はＸ軸正の方向にΔｄだけ移動し、位置合わ
せ用マークＭ１Ｂは破線の位置に移動する。この結果、
マスク４とプリント基板Ｂとの位置関係は数５を満たす
ようになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 正人 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 AA03 BA02 GB00 KA01 LA09

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパターンが形成されたマスクの像
   をプリント配線基板に転写して、前記プリント配線基板
   に前記所定のパターンを形成する、投影露光装置であっ
   て、 前記投影露光装置が、 前記マスクを照射する光源手段と、 前記光源手段より発せられ、前記マスクを通過した光束
   を偏向させる第１の平面鏡と、 前記第１の平面鏡によって偏向した前記光束が入射され
   るレンズユニットと、 前記レンズユニットから射出された前記光束を反射させ
   て前記レンズユニットに再度入射させ、その反射面が前
   記マスクに対して垂直に配置されている反射手段と、 前記反射手段によって反射されたのち、前記レンズユニ
   ットから射出された前記光束を偏向させ、前記マスクと
   平行に配置された前記プリント配線基板上で結像させる
   第２の平面鏡と、 前記プリント配線基板上で結像した前記マスクの像の前
   記マスクに対する伸縮率を変更可能な像伸縮機構と、を
   有し、 前記像伸縮機構は、 前記反射手段を前記レンズユニットの光軸方向に進退さ
   せる反射手段駆動機構と、 前記マスクと前記プリント配線基板とが、前記レンズユ
   ニットに対して互いに共役となる状態を保持しつつ、前
   記マスクと前記プリント配線基板が共に前記レンズユニ
   ットの焦点位置からずれる状態に設定する位置設定手段
   と、を有することを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記位置設定手段は、前記第１の平面鏡
   と前記第２の平面鏡とを前記マスクに対して近接または
   離間させることによって、前記マスクと前記プリント配
   線基板とが、前記レンズユニットに対して互いに共役と
   なる状態を保持しつつ、前記マスクと前記プリント配線
   基板が共に前記レンズユニットの焦点位置からずれる状
   態に設定すること、を特徴とする請求項１に記載の投影
   露光装置。
3. 【請求項３】 前記レンズユニットが正のパワーを持つ
   ことを特徴とする、請求項２に記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記伸縮率をＭｇｎ_ｐ、前記レンズユニ
   ットの焦点距離をｆとすると、前記第１および第２の平
   面鏡の前記マスクに対して近接または離間させる方向へ
   の移動量ΔＤ_１および前記反射手段の前記レンズユニッ
   トから近接または離間する方向の移動量ΔＬ_１は、式 ｜Ｍｇｎ_ｐ−１｜ ＝ ２ × ΔＤ_１ × ΔＬ_１
   ／ ｆ^２ を満たし、 前記反射手段が前記レンズユニットから離間する方向に
   移動する場合において、前記伸縮率が１倍以上の時は、
   前記第１および第２の平面鏡は前記マスクから離間する
   ように移動し、前記伸縮率が１倍未満の時は前記第１お
   よび第２の平面鏡は前記マスクに近づくよう移動し、 前記反射手段が前記レンズユニットに近接する方向に移
   動する場合において、前記伸縮率が１倍以上の時は、前
   記第１および第２の平面鏡は前記マスクに近づくように
   移動し、前記伸縮率が１倍未満の時は第１および第２の
   平面鏡はマスクから離間するよう移動することを特徴と
   する、請求項３に記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記第１の平面鏡と前記第２の平面鏡は
   折り返しミラーの一部分を構成することを特徴とする、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の投影露光装
   置。
6. 【請求項６】 前記折り返しミラーは直角二等辺三角形
   断面の３角柱形状であり、前記第１の平面鏡と前記第２
   の平面鏡はそれぞれ前記折り返しミラーの二等辺部側面
   に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の
   投影露光装置。
7. 【請求項７】 前記像伸縮機構は、前記プリント配線基
   板の伸縮率を計測可能な伸縮率計測手段を有することを
   特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の
   投影露光装置。
8. 【請求項８】 前記伸縮率計測手段が、前記プリント配
   線基板上の長手方向と短手方向にそれぞれ少なくとも２
   つ形成されたマーク間の距離をそれぞれ計測する基板観
   察手段と、前記マスク上の長手方向と短手方向にそれぞ
   れ少なくとも２つ形成されたマーク間の距離をそれぞれ
   計測するマスク観察手段とを有し、前記伸縮率計測手段
   は、前記基板観察手段の計測結果と前記マスク観察手段
   の計測結果を比較することによって前記プリント配線基
   板の伸縮率を計測することを特徴とする、請求項７に記
   載の投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記反射手段がダハミラーであり、前記
   ダハミラーの反射面が前記マスクに対して垂直に配置さ
   れていることを特徴とする、請求項１から請求項８のい
   ずれかに記載の投影露光装置。
10. 【請求項１０】 前記反射手段が直角プリズムであり、
    前記直角プリズムの直角面の内側の面で前記光束は反射
    し、前記直角プリズムの直角面は前記マスクに対して垂
    直に配置されていることを特徴とする、請求項１から請
    求項８のいずれかに記載の投影露光装置。