JP2003255566A

JP2003255566A - 投影露光装置

Info

Publication number: JP2003255566A
Application number: JP2002376839A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kobayashi; 義則小林; Shigetomo Ishibashi; 臣友石橋; Masato Hara; 正人原
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】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プリント配線基板に所定のパ
ターンを形成する投影露光装置であって、異なる厚さを
有する複数種類のプリント基板に露光する場合であって
も手動でマスクの像の結像面の高さまたはプリント基板
の感光面の高さを調整する必要のない投影露光装置を提
供することである。【解決手段】投影露光装置が、マスクに対するプリン
ト配線基板の露光面の高さを検出可能な高さ検出手段
と、高さ検出手段の検出結果をもとに、マスクの像の結
像位置をプリント配線基板の露光面の位置に変更する結
像位置変更手段と、を有する構成とすることにより、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、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の被露光体を描画する方法と
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】しかしながら、プリント配線基板の厚さは
0.1〜4mm程度と基板の種類ごとに異なるため、プリント
基板の種類ごとに手動でマスクの像の結像面の高さまた
はプリント基板の感光面の高さを調整する必要があっ
た。

【０００４】また、このような投影露光装置としては、
光源および投影光学系に対してマスクおよび被露光体を
所定方向に駆動しながら描画を行う、走査型の投影露光
装置がある。

【０００５】また、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。このプリント配線基
板の伸縮に伴い、プリント配線基板の厚さにむらが発生
する。

【０００６】従って、走査型の投影露光装置によって、
厚さむらの発生したプリント配線基板を露光しようとす
ると、走査が進むに従ってマスクの像がプリント配線基
板の露光面上で結像しない箇所が発生し、マスクのパタ
ーンが正確にプリント配線基板に転写されないという問
題があった。

【０００７】

【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、異なる厚さを有する複数種類のプリント基板に露
光する場合であっても手動でマスクの像の結像面の高さ
またはプリント基板の感光面の高さを調整する必要のな
い投影露光装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は上記の問題に鑑み、厚さむ
らの発生したプリント配線基板に露光する場合であって
も、マスクのパターンが正確にプリント配線基板に転写
される投影露光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、マスクに対するプリント
配線基板の露光面の高さを検出可能な高さ検出手段と、
高さ検出手段の検出結果をもとに、マスクの像の結像位
置をプリント配線基板の露光面の位置に変更する結像位
置変更手段と、を有する。

【００１０】従って、プリント配線基板の露光面の高さ
に応じてマスクの像の結像位置をプリント配線基板の露
光面の位置に変更可能であるので、異なる厚さを有する
複数種類のプリント基板であっても手動でマスクの像の
結像面の高さまたはプリント基板の感光面の高さを調整
することなくマスクのパターンが正確にプリント配線基
板に転写される。

【００１１】また、高さ検出手段は前記プリント配線基
板が露光されている時にプリント配線基板の露光面の高
さを検出し、結像位置変更手段は前記高さ検出手段の検
出結果をもとに、プリント配線基板が露光されている時
にマスクの像の結像位置をプリント配線基板の露光面の
位置に変更する構成としても良い。

【００１２】このような構成とすると、マスクおよびプ
リント配線基板が駆動中であってもプリント配線基板の
露光面の高さの変化に応じてマスクの像の結像位置をプ
リント配線基板の露光面の位置に変更可能であるので、
厚さむらの発生したプリント配線であっても、マスクの
パターンが正確にプリント配線基板に転写される。

【００１３】また、好ましくは、投影露光装置が、光源
手段より発せられ、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前記光
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前記レンズユニットに再度
入射させる反射手段と、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前記光束を偏向さ
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の平面鏡とを有し、結像位置変更手段は、
第１の平面鏡と、第２の平面鏡とを前記レンズユニット
の光軸方向に進退させる平面鏡駆動機構を有する構成と
して、マスクの像の結像位置を変更する。

【００１４】上記のように構成された投影露光装置にお
いては、第１の平面鏡と、第２の平面鏡とを主走査方向
に進退させることにより、基板上へのマスク像投影位置
を変化させずに結像位置はプリント配線基板の厚さ方向
に移動する。第１の平面鏡および第２の平面鏡は一般に
プリント配線基板が載置されるテーブルよりもはるかに
小型軽量であり、また位置合わせに必要な第１の平面鏡
および第２の平面鏡のストローク量は数ミリ程度である
ので、平面鏡駆動機構は簡素な構成であっても高精度の
駆動が可能である。従って、本発明の投影露光装置は大
重量の部材を移動させる精密駆動機構を必要としないた
め、装置のコストを低く抑えられる。

【００１５】また、好ましくは高さ検出手段は、１次元
ＰＳＤを用いた三角測量距離計である。

【００１６】

【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。

【００１７】本実施形態の投影露光装置１は、複数の光
源２、複数のコリメータレンズ３、マスク４、複数の折
り返しミラー５、複数のレンズユニット６、複数のダハ
ミラー７、基板ホルダ８を有する。なお、図１にはコリ
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で構成される光学系と光源２と
が３組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。

【００１８】図２は、図１に記載の投影露光装置１の一
部を示したものである。図１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で構成される光学系と光源２とが複数（３
組）示されているが、図２では、図面を簡単なものとす
るために、それぞれのうち１組のみが示されている。投
影露光装置１の各光学系の挙動は同一であるため、以下
の説明は、図２のような、単一の光学系と光源のみが示
された図面を参照して行なわれる。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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
ラーである。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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】図３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。

【００３０】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軸と略平行である略
長方形様の四角形の４頂点にあり、この四角形の中にマ
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Ｍ１ｂ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_１１ｘ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。

【００３１】図４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、これをそれぞれＭ
２ａ，Ｍ２ｂ，Ｍ２ｃ，Ｍ２ｄとする。Ｍ２ａ，Ｍ２
ｂ，Ｍ２ｃ，Ｍ２ｄは、４辺のそれぞれがＸ軸またはＹ
軸と略平行である略長方形様の四角形の４頂点にあり、
この四角形の中にパターン部Ｂ１がすべて含まれるよう
になっている。コントローラ１０は基板位置検出手段２
８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_２２ _ｘと、マーク
Ｍ２ｂとＭ２ｃとの距離ｌ_２１ｙと、マークＭ２ａとＭ
２ｄとの距離ｌ_２２ｙとを算出する。次いで、ｌ_２１ｘ
とｌ_２２ｘの平均値ｌ_２ｘと、ｌ_２ _１ｙとｌ_２２ｙの平
均値ｌ_２ｙとを求める。

【００３２】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。

【００３３】本実施形態においては、ｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，
ｌ_１ｙ，ｌ_２ｙを算出し、次いで、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐ
を式Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘ＋ｌ_２ｙ）／（ｌ_１ｘ＋
ｌ_１ｙ）を用いて算出する。

【００３４】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。

【００３５】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_２ｘ／ｌ_１ｘ＋ｌ_２ｙ／ｌ_１ｙ）／２とする、ｌ
_２ｘ／ｌ_１ｘとｌ_２ｙ／ｌ_１ｙ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_２ｘ／ｌ_１ｘ＋ｎｌ_２ｙ／ｌ_１ｙ）／（ｍ＋ｎ）
としてもよい。

【００３６】または、図５のように、マスク４が複数の
（図中では２つ）部分４ａ_１、４ａ _２に区切られてお
り、またプリント基板Ｂが対応する複数の（図中では２
つ）部分Ｂ１_a、Ｂ１_bに区切られている場合は、マスク
４の各部分にマークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄ
が、またプリント基板Ｂの４隅にマークＭ２ａ，Ｍ２
ｂ，Ｍ２ｃ，Ｍ２ｄが形成される。また、マスク４の部
分ごとにマスク位置検出手段２４が、またプリント基板
Ｂの部分ごとに基板位置検出手段２８が配置されてい
る。

【００３７】このような構成においては、検出手段毎に
ｌ１ｘ，ｌ２ｘ，ｌ１ｙ，ｌ２ｙを算出し、それぞれの
平均値ｌ１ｘｍ，ｌ２ｘｍ，ｌ１ｙｍ，ｌ２ｙｍを演算
し、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを式Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘｍ＋ｌ
_２ｙｍ）／（ｌ_１ｘｍ＋ｌ_１ _ｙｍ）を用いて演算する。
また、例えば、Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘｍ／ｌ_１ｘｍ＋ｌ
_２ｙｍ／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。このような構成とすることによっ
て、より適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを得ることができる。

【００３８】図６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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】

【数１】

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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ＤＬ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７を用いて説明する。

【００４７】図７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７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
７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7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＝２
ｆ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。

【００４８】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_ｐ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。

【００４９】図８および図９を用いて倍率の設定の原理
について説明する。図８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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】図９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９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９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。

【００５４】図８、９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。

【００５５】

【数２】

【００５６】図１０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１０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１０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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】

【数３】

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】

【数４】

【００６７】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＝ａｍである光源にＹ軸正側に隣接する光源の
ａの値はａ＝ａｍ＋１となるように設定される。

【００６８】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。

【００６９】図１３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１３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_ｐ−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_ｐ−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。

【００７０】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_ｐ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_ｐ×Ｖ_Ｍとなるように設定する。

【００７１】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を行う。この位置合わせによって、
露光時にマスク４のマスク部４ａの中央を通過した光束
がプリント基板Ｂのパターン部Ｂ１の中央に入射される
ようになる。このように位置合わせを行なうことによっ
て、マスク４のパターンがプリント基板Ｂに転写される
時のずれのばらつきを最小限に抑えることができる。

【００７２】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軸方向に移動し、マスク４にかかれ
たパターンをプリント基板Ｂに転写する。

【００７３】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。

【００７４】

【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、前工程でプリント基板の高さを計測し、結像位
置を調整することで、厚さの異なるプリント基板に対応
可能となり、また、露光中にプリント基板の高さを計測
し、リアルタイムで結像位置を調整することで、厚さが
部位によって異なるようなプリント配線基板であって
も、マスク上に形成されたパターンをプリント配線基板
上に結像させることができる。

【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】図１に記載の投影露光装置の一部を示したもの
である。

【図３】本発明の実施の形態のマスクの概略図である。

【図４】本発明の実施の形態のプリント基板の概略図で
ある。

【図５】本発明の実施の形態の別例の、マスク、プリン
ト基板の概略図である。

【図６】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７】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８】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９】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１０】本発明の実施の形態において、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】本発明の実施の形態において、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。

【図１３】本発明の実施の形態において、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。

【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

───────────────────────────────────────────────────── 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号ペンタックス株式会社内Ｆターム(参考） 2H097 BA01 CA12 EA01 FA02 GB00 LA09

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記マスクに対する前記プリント配線基板の露光面の高
さを検出可能な高さ検出手段と、前記高さ検出手段の検出結果をもとに、前記マスクの像
の結像位置をプリント配線基板の露光面の位置に変更す
る結像位置変更手段と、を有することを特徴とする、投
影露光装置。
【請求項２】前記高さ検出手段は前記プリント配線基
板が露光される前に前記プリント配線基板の露光面の高
さを検出し、前記結像位置変更手段は前記高さ検出手段の検出結果を
もとに、前記プリント配線基板が露光される前に前記マ
スクの像の結像位置をプリント配線基板の露光面の位置
に変更することを特徴とする、請求項１に記載の投影露
光装置。
【請求項３】前記投影露光装置が、前記マスクおよび
前記プリント配線基板を所定方向に駆動しながら前記マ
スクを光源手段にて照射して、前記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、走査型の投影露光装置であっ
て、前記高さ検出手段は前記プリント配線基板が露光されて
いる時に前記プリント配線基板の露光面の高さを検出
し、前記結像位置変更手段は前記高さ検出手段の検出結果を
もとに、前記プリント配線基板が露光されている時に前
記マスクの像の結像位置をプリント配線基板の露光面の
位置に変更することを特徴とする、請求項１または請求
項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記投影露光装置が、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、を有し、前記結像位置変更手段は、前記第１の平面鏡と、前記第
２の平面鏡とを前記レンズユニットの光軸方向に進退さ
せる平面鏡駆動機構を有することを特徴とする、請求項
１から請求項３のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項５】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４に記載の投影露光装置。
【請求項６】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４または請求項５に記載の投影露光装置。
【請求項７】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６に記載の
投影露光装置。
【請求項８】前記反射手段は、前記レンズユニットの
焦点位置に配置されていることを特徴とする、請求項４
から請求項７のいずれかに記載の投影露光装置。
【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４から請求項８のい
ずれかに記載の投影露光装置。
【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４から請
求項８のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項１１】前記マスクと前記プリント配線基板と
を前記レンズユニットの光軸方向に駆動することによっ
て前記プリント配線基板の走査が行われることを特徴と
する、請求項４から請求項１０のいずれかに記載の投影
露光装置。
【請求項１２】前記結像位置変更手段が、前記高さ検出手段からの検出結果を元に前記第１の平面
鏡および前記第２の平面鏡の移動量を決定し、前記平面
鏡駆動機構を制御して前記第１の平面鏡と前記第２の平
面鏡とを前記移動量だけ移動させるコントローラを有す
ることを特徴とする、請求項４から請求項１１のいずれ
かに記載の投影露光装置。
【請求項１３】前記コントローラは、前記高さ検出手
段からの検出結果から前記マスクから前記レンズユニッ
トまでの光路長と、前記レンズユニットから前記プリン
ト配線基板までの光路長との和を算出し、前記光路長の和から前記レンズユニットの焦点距離の２
倍を減じた距離の半分を前記移動量として決定し、前記光路長の和から前記レンズユニットの焦点距離の２
倍を減じた距離が正であれば前記第１の平面鏡および前
記第２の平面鏡を前記レンズユニットに向かって移動さ
せ、負であれば前記第１の平面鏡および前記第２の平面
鏡を前記レンズユニットから離れるよう移動させること
を特徴とする、請求項１２に記載の投影露光装置。
【請求項１４】前記高さ検出手段が、１次元ＰＳＤを
用いた三角測量距離計であることを特徴とする、請求項
１２および請求項１３に記載の投影露光装置。
【請求項１５】前記三角測量距離の発光部は、前記プ
リント配線基板を露光させない波長および光量の光束を
前記プリント配線基板に照射することを特徴とする、請
求項１４に記載の投影露光装置。