JP2007093646A - 直接描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 描画時間を短縮することが可能な直接描画装置を提供する。
【解決手段】 ステージが、表面に感光膜が形成された露光対象物を保持する。光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並んだ露光光源が、ステージに保持された露光対象物に発光画素が対向するように、ｎ個（ｎは２以上の整数）配置されている。移動機構が、ステージ及びｎ個の露光光源の一方を他方に対して、ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる。ｎ個の露光光源の発光画素の配列方向は相互に平行であり、第１の方向と交差する。ｎ個の露光光源は、第１の方向に配列している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直接描画装置に関し、特にプリント基板上に形成されたフォトレジスト膜に回路パターンを直接描画することができる直接描画装置に関する。

プリント基板上のフォトレジスト膜に回路パターンを描画する方法として、回路パターンが形成されたフォトマスクを用いた密着露光、縮小投影露光、近接露光等が知られている。プリント基板の少量多品種化が進むと、プリント基板の種類ごとにフォトマスクを作製しなければならない。このため、フォトマスクを用いない直接描画法が注目されている。

下記の特許文献１に開示されているフォトレジストパターン直接描画装置について説明する。アレイ状に配置された端面発光型エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を有する露光光源が、基板の上方に配置されている。制御回路により、各ＥＬ素子の発光をオンオフ制御する。各ＥＬ素子から放射された光が、集光光学系により基板上に照射される。

露光光源及び基板の一方を、ＥＬ素子が配列した方向と直交する方向に移動させながら、各ＥＬ素子の発光をオンオフ制御することにより、所望のパターンを描画することができる。

特開平５−８０５２４号公報

発光素子のアレイを用いた電子写真装置においては、発光素子アレイによって露光される直線状の領域を感光膜面内で移動させる必要がある。このため、フォトマスクを用いた露光に比べて、２次元画像の描画に長時間を要する。

本発明の目的は、描画時間を短縮することが可能な直接描画装置を提供することである。

本発明の第１の観点によれば、表面に感光膜が形成された露光対象物を保持するステージと、各々、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された露光対象物に該発光画素が対向するように配置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の露光光源と、前記ステージ及び前記ｎ個の露光光源の一方を他方に対して、該ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる移動機構とを有し、前記ｎ個の露光光源の発光画素の配列方向は相互に平行であり、前記第１の方向と交差し、該ｎ個の露光光源は、前記第１の方向に配列している直接描画装置が提供される。

本発明の第２の観点によると、表面に感光膜が形成された第１及び第２の露光対象物を、感光膜が形成された面が相互に反対方向を向くように保持するステージと、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された第１の露光対象物に該発光画素が対向するように配置された第１の露光光源と、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された第２の露光対象物に該発光画素が対向するように配置された第２の露光光源と、前記第１及び第２の露光光源に対して前記ステージを、または前記ステージに対して前記第１及び第２の露光光源を、該ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる移動機構とを有し、前記第１及び第２の露光光源の発光画素の配列方向は、前記第１の方向と交差している直接描画装置が提供される。

本発明の第３の観点によると、両側の表面に感光膜が形成された露光対象物を、両側の表面上の感光膜の露光すべき領域が共に露出するように保持するステージと、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された露光対象物の一方の面に該発光画素が対向するように配置された第１の露光光源と、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された露光対象物の他方の面に該発光画素が対向するように配置された第２の露光光源と、前記第１及び第２の露光光源に対して前記ステージを、または前記ステージに対して前記第１及び第２の露光光源を、該ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる移動機構とを有し、前記第１及び第２の露光光源の発光画素の配列方向は、前記第１の方向と交差している直接描画装置が提供される。

第１の観点による装置により、露光対象物の表面のｎ個の領域に同時に描画することが可能になる。第２の観点による装置により、２枚の露光対象物に同時に描画することが可能になる。第３の観点による装置により、露光対象物の両側の面に同時に描画することが可能になる。このため、スループットを高めることができる。

図１Ａ及び図１Ｂに、それぞれ第１の実施例による直接描画装置の正面図及び平面図を示す。基台１の上に、Ｘステージ２が取り付けられている。Ｘステージ２の上に、露光対象物であるプリント基板１０が保持されている。プリント基板１０の表面には、紫外光により感光するドライフィルムレジスト（ＤＦレジスト）やソルダーレジストからなる感光膜が設けられている。Ｘステージ２に保持されたプリント基板１０の表面に平行な面をＸＹ面とするＸＹＺ直交座標系を定義する。

Ｘステージ２は、移動機構８によりＸ軸方向に移動することができる。移動機構８は、制御装置４により制御される。Ｘステージ２に保持されたプリント基板１０の上方に、第１の露光光源３Ａ及び第２の露光光源３Ｂが配置されている。第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｂの各々は、Ｙ軸に平行な方向に並んだ多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤの各々は、波長３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲の紫外光を放射する。ＬＥＤの各々の発光部から放射された光が、Ｘステージ２に保持された露光対象物１０の表面の所定の位置に入射する。光の入射する領域を「集光領域」と呼ぶこととする。集光領域は、露光対象物１０の表面において、Ｙ軸に平行な方向に配列する。Ｙ軸方向に配列した集光領域の集合を「集光領域列」と呼ぶこととする。

Ｘステージ２の上面に、２個の集光位置検出器６が固定されている。集光位置検出器６は、第１及び第２の露光光源３Ａ及び３ＢのＬＥＤから放射された光を受光することにより、実際に光が入射する位置を計測することができる。集光位置検出器６として、例えば４分割フォトディテクタを用いることができる。

Ｘステージ２の上方に、２個のＣＣＤカメラ７が配置されている。ＣＣＤカメラ７は、露光対象物１０に形成されている位置合せ用のマークを観察することにより、露光対象物１０の位置を検出する。さらに、集光位置検出器６をＣＣＤカメラ７の視野内に配置することにより、集光位置検出器６の位置を計測することができる。

集光位置検出器６及びＣＣＤカメラ７による検出結果が、制御装置４に入力される。制御装置４は、集光位置検出器６及びＣＣＤカメラ７から入力された検出結果、及び予め与えられている画像データに基づいて、移動機構８を制御するとともに、第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｂを構成する複数のＬＥＤの発光のタイミング制御を行う。

第１及び第２の冷却装置５Ａ及び５Ｂが、それぞれ第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｂに熱的に結合しており、第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｂを冷却する。第１及び第２の冷却装置５Ａ及び５Ｂ内に冷媒の流路が形成されている。冷媒導入路５Ａａから、第１の冷却装置５Ａ内の流路に冷媒が導入され、流路を流れた冷媒が、冷媒排出路５Ａｂを通って排出される。第２の冷却装置５Ｂにも、同様に冷媒導入路５Ｂａ及び冷媒排出路５Ｂｂが設けられている。

図２Ａに、露光光源３及び露光対象物１０の部分断面図を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示した第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｂは、図２Ａに示した露光光源３と同一の構造を有する。露光光源３は、発光画素アレイ３０、遮光マスク３２、及び集光光学系３４を含んで構成される。発光画素アレイ３０は、Ｙ軸に平行な仮想直線に沿って配置された多数の発光画素３１を含む。発光画素３１の各々は、例えば、ＬＥＤで構成され、その発光波長は紫外域である。

発光画素３１から放射された光の経路上に、遮光マスク３２が配置されている。遮光マスク３２には、発光画素３１に対応した開口３３が形成されている。

図２Ｂに、発光画素３１と開口３３との位置関係を示す。Ｚ軸に平行な視線で見たとき、開口３３は発光画素３１よりも小さく、開口３３の各々は、対応する発光画素３１に内包される位置に配置されている。発光画素３１から放射された光の一部が、その発光画素３１に対応する開口３３を通過し、残りの成分は、遮光マスク３２により遮光される。また、開口３３内の全領域を、対応する発光画素３１から放射された光が通過する。

図２Ａに戻って説明を続ける。集光光学系３４が、遮光マスク３２と露光対象物１０との間に配置されている。集光光学系３４は、遮光マスク３２に形成された開口３３の正立等倍像を、露光対象物１０の表面に形成する。開口３３が正方形である場合、その大きさによっては、解像限界により頂点が丸みを帯び、円形に近い像が形成される場合がある。集光光学系３４として、例えばＺ軸に平行な中心軸を持つ多数のセルフォックレンズがＸＹ面に平行な面に沿って２次元的に配置されたセルフォックレンズアレイを用いることができる。

露光対象物１０は、樹脂製のコア基板１０Ａ、銅箔１０Ｂ、及び感光膜１０Ｃがこの順番に積層された積層構造を有する。感光膜１０Ｃは、例えばＤＦレジスト、ソルダーレジスト等で形成される。感光膜１０Ｃのうち、開口３３の等倍像が形成された領域が感光し、潜像が形成される。

図１Ａ及び図１Ｂに示したＸステージ２をＸ軸方向に移動させながら、描画すべき画像データに基づいて発光画素３１を発光させることにより、感光膜１０Ｃに、描画すべき画像の潜像を形成することができる。潜像が形成された感光膜１０Ｃを現像することにより、感光膜１０Ｃからなる画像（パターン）が形成される。

プリント基板１０の描画すべき領域のＸ軸方向の最大寸法をＬＸとする。第１の露光光源３Ａの集光領域列と第２の露光光源３Ｂの集光領域列との間隔は、ＬＸ／２に設定されている。この場合、プリント基板１０をＸ軸方向にＬＸ／２だけ移動させると、全面に描画を行うことができる。露光光源が１個のみの場合、プリント基板１０の全面に描画を行うためには、プリント基板１０をＸ軸方向に長さＬＸだけ移動させなければならない。２個の露光光源をＬＸ／２だけ離して配置することにより、描画に必要な移動量を１／２にすることができる。このため、描画時間も約１／２になる。

第１の露光光源３Ａで描画された図形と、第２の露光光源３Ｂで描画された図形とが、１つの露光光源を用いて描画した場合と同様に連続するためには、第１の露光光源３Ａと第２の露光光源３Ｂとを、１画素の寸法の制度で位置合せすることが好ましい。集光位置検出器６を用いて、第１の露光光源３Ａの代表の発光画素の集光領域と、第２の露光光源３Ｂの代表の発光画素の集光領域との位置を検出することにより、第１の露光光源３Ａと第２の露光光源３Ｂとの位置を、画素レベルの精度で検出することができる。

第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｂの少なくとも一方に、Ｘ方向及びＹ方向に移動させるための微調機構を設けておくことが好ましい。この微調機構を動作させることにより、第１の露光光源３Ａと第２の露光光源３Ｂとの相対的な位置合せを行うことができる。

上記第１の実施例では、第１の露光光源３Ａ及び第２の露光光源３Ｂの集光領域列が共にＹ軸に平行にされていたが、両者を相互に平行にし、Ｘ軸と交差するように配置してもよい。

また、第１の実施例では、露光光源を２個配置したが、ｎ個（ｎは２以上の整数）の露光光源をＸ軸方向に等間隔で配列させてもよい。露光光源による集光領域列のＸ軸方向の間隔をＷＸとする。このとき、プリント基板１０をＸ軸方向にＷＸだけ移動させることにより、描画すべき全領域に描画可能なように、間隔ＷＸを設定する。例えば、描画すべき領域のＸ軸方向の最大寸法がＬＸである場合、間隔ＷＸをＬＸ／ｎにすればよい。

なお、間隔ＷＸがＬＸ／ｎからいくらかずれていても、プリント基板１０の移動量をＷＸよりもやや長くすることにより、全面に描画することが可能になる。描画時間短縮の十分な効果を得るために、このずれ量をＬＸ／ｎの±１％以下にすることが好ましい。

また、上記第１の実施例では、Ｘステージ２をＸ軸方向に移動させたが、Ｘステージ２を固定し、第１及び第２の露光光源３Ａ及び３ＢをＸ軸方向に移動させてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂに、それぞれ第２の実施例による直接描画装置の正面図及び側面図を示す。以下、第１の実施例による直接描画装置との相違点に着目して説明する。第２の実施例では、Ｘステージ２の上面及び下面に、それぞれ第１のプリント基板１０Ａ及び第２のプリント基板１０Ｂが保持されている。これらのプリント基板１０Ａ及び１０Ｂは、例えば真空チャック等のチャック機構によりＸステージ２に固定される。

Ｘステージ２は、移動機構８によりＸ軸方向に移動可能に支持されている。移動機構８は、２本のレール８Ｘ、及び４本の脚８Ａ〜８Ｄを含んで構成される。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、１本の脚８Ｄは他の脚の後方に配置されているため、図示されていない。２本のレール８Ｘは基台１に固定され、４本の脚８Ａ〜８ＤはＸステージ２に固定されている。脚８Ａ〜８Ｄがレール８Ｘに、Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘステージ２は、ボールネジ等の直動機構によりＸ軸方向に駆動される。

Ｘステージ２の上面に、第１の集光位置検出器６Ａが固定され、下面に、第２の集光位置検出器６Ｂが固定されている。Ｘステージ２の上面に対向するように、第１のＣＣＤカメラ７Ａが配置され、下面に対向するように第２のＣＣＤカメラ７Ｂが配置されている。

さらに、Ｘステージ２の上面に対向するように、第１の露光光源３Ａが配置され、下面に対向するように第２の露光光源３Ｃが配置されている。第１及び第２の露光光源３Ａ及び３Ｃに、それぞれ冷却装置５Ａ及び５Ｃが取り付けられている。

第１の露光光源３Ａの集光領域列及び第２の露光光源３Ｂの集光領域列は、Ｙ軸に平行であるか、またはＸ軸と交差する方向に延在する。

第２の実施例においては、プリント基板１０Ａ及び１０Ｂの表面に画定されている描画すべき領域のＸ軸方の最大寸法分だけＸ軸方向に移動させることにより、２枚のプリント基板に同時に描画することができる。これにより、１枚ずつ描画する場合に比べて、２倍のスループットを達成することができる。さらに、Ｘステージ２の上側及び下側の各々に、だ１の実施例と同様に、複数個の露光光源を配置することにより、さらにスループットを高めることができる。

図４Ａ及び図４Ｂに、それぞれ第３の実施例による直接描画装置の正面図及び側面図を示す。以下、第２の実施例による直接描画装置との相違点に着目して説明する。第３の実施例では、Ｘステージ２に、プリント基板１０の描画すべき領域と等しいかまたはそれよりも大きな開口２Ｗが形成されている。プリント基板１０の両面に感光膜が形成されている。プリント基板１０の上側の面は、第１の露光光源３Ａに対向し、下側の面は、開口２Ｗを経由して第２の露光光源３Ｂに対向する。

第３の実施例では、１枚のプリント基板１０の両面に同時に描画することができる。このため、片側ずつ描画する場合に比べて、スループットを約２倍に高めることができる。さらに、Ｘステージ２の上側及び下側の各々に、複数個の露光光源を配置することにより、スループットをより高めることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１Ａは、第１の実施例による直接描画装置の正面図であり、図１Ｂは、その平面図である。 図２Ａは、第１の実施例による直接描画装置の露光光源及び露光対象物の断面図であり、図２Ｂは、発光画素と開口との位置関係を示す図である。 図３Ａは、第２の実施例による直接描画装置の正面図であり、図３Ｂはその側面図である。 図４Ａは、第３の実施例による直接描画装置の正面図であり、図４Ｂはその側面図である。

符号の説明

１ 基台
２ Ｘステージ
２Ｗ 開口
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 露光光源
４ 制御装置
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 冷却装置
６、６Ａ、６Ｂ 集光位置検出器
７、７Ａ、７Ｂ ＣＣＤカメラ
８ 移動機構
８Ａ〜８Ｄ 脚
８Ｘ レール
１０、１０Ａ、１０Ｂ プリント基板（露光対象物）
３０ 発光画素アレイ
３１ 発光画素
３２ 遮光マスク
３３ 開口
３４ 集光光学系

Claims (4)

1. 表面に感光膜が形成された露光対象物を保持するステージと、
   各々、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された露光対象物に該発光画素が対向するように配置されたｎ個（ｎは２以上の整数）の露光光源と、
   前記ステージ及び前記ｎ個の露光光源の一方を他方に対して、該ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる移動機構と
   を有し、
   前記ｎ個の露光光源の発光画素の配列方向は相互に平行であり、前記第１の方向と交差し、該ｎ個の露光光源は、前記第１の方向に配列している直接描画装置。
2. 前記ｎ個の露光光源は、第１の間隔で前記第１の方向に配列しており、前記移動機構を駆動して、前記ステージ及び前記ｎ個の露光光源の一方を他方に対して該第１の間隔に等しい距離だけ移動させたとき、露光対象物の描画すべき全領域が、前記ｎ個の露光光源から放射された光により露光され得るように、前記第１の間隔が設定されている請求項１に記載の直接描画装置。
3. 表面に感光膜が形成された第１及び第２の露光対象物を、感光膜が形成された面が相互に反対方向を向くように保持するステージと、
   光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された第１の露光対象物に該発光画素が対向するように配置された第１の露光光源と、
   光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された第２の露光対象物に該発光画素が対向するように配置された第２の露光光源と、
   前記第１及び第２の露光光源に対して前記ステージを、または前記ステージに対して前記第１及び第２の露光光源を、該ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる移動機構と
   を有し、
   前記第１及び第２の露光光源の発光画素の配列方向は、前記第１の方向と交差している直接描画装置。
4. 両側の表面に感光膜が形成された露光対象物を、両側の表面上の感光膜の露光すべき領域が共に露出するように保持するステージと、
   光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された露光対象物の一方の面に該発光画素が対向するように配置された第１の露光光源と、
   光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並び、前記ステージに保持された露光対象物の他方の面に該発光画素が対向するように配置された第２の露光光源と、
   前記第１及び第２の露光光源に対して前記ステージを、または前記ステージに対して前記第１及び第２の露光光源を、該ステージに保持された露光対象物の感光膜が形成された表面に平行な第１の方向に移動させる移動機構と
   を有し、
   前記第１及び第２の露光光源の発光画素の配列方向は、前記第１の方向と交差している直接描画装置。

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