JP2007206176A - パターン描画装置及びパターン描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 すべての発光画素の結像状態を維持しつつ、描画を行うことが可能なパターン描画装置を提供する。
【解決手段】 発光画素アレイの発光画素が、仮想直線に沿って配列しており、各発光画素が光線束を出射する。ステージが被照射体を保持する。集光光学系が、発光画素から出射した光線束の各々を、ステージに保持された被照射体の表面に集光させる。発光画素から出射された光線束が記ステージに保持された被照射体に入射するまでの光線束の経路内に光路長調整手段が配置されている。光路長調整手段は、発光画素から被照射体に至るまでの光路の一部分の光路長を、発光画素に対応する光線束ごとに変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターン描画装置及びパターン描画方法に関し、特に仮想直線に沿って配置された複数の発光画素から出射された光線束を被照射体の表面に導くことにより、被照射体の表面に画像を描くパターン描画装置及びパターン描画方法に関する。

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）素子または発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光画素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、各発光画素の発光をオンオフ制御する。各発光画素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、発光画素が配列した方向と直交する方向に移動させながら、各発光画素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

発光画素をプリント基板上に結像させる集光光学系として、セルフォックレンズアレイ（ロッドレンズアレイ）が用いられる。セルフォックレンズアレイの焦点深度は、例えば１００μｍ程度である。フレキシブルプリント基板では、同一基板内の場所によって厚さが異なる場合があり、厚さの差は数百μｍに及ぶ。このため、フレキシブルプリント基板の表面はうねりを持ち、その高さの差が数百μｍになる。この差は、セルフォックレンズアレイの焦点深度を超える。

フレキシブルプリント基板をセルフォックレンズアレイの光軸方向に移動させることによって、一つの発光画素を、基板表面に結像させると、他の画素が結像状態から外れてしまう場合がある。

本発明の目的は、すべての発光画素の結像状態を維持しつつ、描画を行うことが可能なパターン描画装置及び描画方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、仮想直線に沿って発光画素が配列し、各発光画素が光線束を出射する発光画素アレイと、被照射体を保持するステージと、前記発光画素から出射した光線束の各々を、前記ステージに保持された被照射体の表面に集光させる集光光学系と、前記発光画素から出射された光線束が前記ステージに保持された被照射体に入射するまでの光線束の経路内に配置され、該発光画素から被照射体に至るまでの光路の一部分の光路長を、発光画素に対応する光線束ごとに変化させる光路長調整手段とを有するパターン描画装置が提供される。

本発明の他の観点によると、直線状に配列された発光画素の像を、被照射体の表面に形成しつつ、該被照射体を移動させながら、画像データに基づいて発光画素の発光及び消光を制御してパターンを描画する工程において、該被照射体の表面の高さが変化しても、該発光画素から該被照射体の表面までの光路の全長が変化しないように、光線束の一部分の光路長を変化させる工程を含むパターン描画方法が提供される。

発光画素から出射した光線束の光路長を変えることにより、被照射体の表面の高さが一定ではない場合でも、一定の条件で被照射体に光線束を入射させることができる。

図１Ａに、実施例によるパターン描画装置の概略平面図を示し、図１Ｂに、概略正面図を示す。水平面をＸＹ面とし、鉛直方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定義する。

Ｙ軸に平行な仮想直線に沿って、複数の発光ダイオード２Ａが配列している。なお、発光ダイオードの代わりに、レーザダイオードを用いてもよい。各発光ダイオード２Ａは、駆動回路１により駆動され、Ｘ軸方向に光を放射する。発光ダイオード２Ａの前方に偏光板２Ｂが配置されている。発光ダイオード２Ａから放射され、偏光板２Ｂを通過した光線束は、ＺＸ面に平行な偏波面を持つ直線偏光光になる。Ｙ軸方向に配列した複数の発光ダイオード２Ａと偏光板２Ｂとにより、直線偏光光を放射する発光画素２９が１列に配列した発光画素アレイ２が構成される。発光ダイオード２Ａと発光画素２９とが１対１に対応する。

発光画素アレイ２の各発光画素２９から放射された光線束が、セルフォックレンズアレイ３で集束光線束とされ、偏光ビームスプリッタ４に入射する。偏光ビームスプリッタ４は、ＺＸ面に平行な偏波面を持つ直線偏光光（Ｐ波）を透過させ、ＹＺに平行な偏波面を持つ直線偏光光（Ｓ波）を反射させるような姿勢で配置されている。従って、セルフォックレンズアレイ３を通過した光線束は、偏光ビームスプリッタ４を透過する。

偏光ビームスプリッタ４を透過した光線束が入射する位置に、複数の反射鏡３０がＹ軸に平行な仮想直線に沿って配列した反射鏡アレイ７が配置されている。反射鏡アレイ７を構成する複数の反射鏡３０は、発光画素アレイ２を構成する複数の発光画素２９と１対１に対応する。各反射鏡３０はＸ軸に垂直な反射表面を持つ。偏光ビームスプリッタ４を透過してＸ軸に平行に伝搬する光線束は、反射鏡アレイ７の反射鏡３０で反射し、同一の光路を逆方向に伝搬する。反射鏡駆動機構６が、反射鏡アレイ７の反射鏡３０を、個別にＸ軸方向に変位させる。発光画素アレイ２を構成する発光画素２９、及び反射鏡アレイ７を構成する複数の反射鏡３０に通し番号を振る。第ｉ番面の発光画素２９（ｉ）から放射された光線束６０（ｉ）の中心光線が、第ｉ番目の反射鏡３０（ｉ）に入射し、反射される。

偏光ビームスプリッタ４と反射鏡アレイ７との間の光路内に、１／４波長板５が配置されている。偏光ビームスプリッタ４を通過し、反射鏡アレイ７の各反射鏡で反射した光線束は、１／４波長板５を２回通過することになる。このため、反射鏡アレイ７の各反射鏡で反射した光線束は、偏波面を９０°旋回させてＸＹ面に平行な偏波面を持つ直線偏光光になった後、偏光ビームスプリッタ４に再入射する。

偏光ビームスプリッタ４は、再入射した光線束を反射させる。偏光ビームスプリッタ４で反射した光線束は、下方（Ｚ軸に平行な方向）に伝搬し、ＸＹステージ８に保持された被照射体２０に入射する。なお、発光画素２９（ｉ）から入射する光線束が偏光ビームスプリッタ４で反射し、再入射する光線束が偏光ビームスプリッタ４を透過するように各光学部品を配置してもよい。

ＸＹステージ８は、保持した被照射体２０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。制御装置９が、予め記憶されている画像データに基づいて、発光ダイオード２Ａの発光及び消光の制御を行うと共に、被照射体２０がＸ軸方向に一定速度で移動するようにＸＹステージ８を制御する。

高さ測定器１０が、被照射体２０のうち、測定可能範囲内に位置する領域の高さを測定し、測定結果を制御装置９に送信する。高さ測定器１０として、例えば非接触レーザ変位計等を用いることができる。ＸＹステージ８を移動させることにより、被照射体２０の表面の任意の領域の高さを測定することができる。

反射鏡アレイ７のすべての反射鏡がＸ軸方向に関して基準位置に配置されているとき、発光画素アレイ１の発光画素が、ＸＹステージ８のやや上方に画定された結像面１６の位置に結像するように、セルフォックレンズアレイ３等の光学系が設計されている。被照射体２０は、その表面が、この結像面１６とほぼ一致するように保持される。

次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、反射鏡アレイ７の詳細な構造について説明する。図２Ａに、反射鏡アレイ７の正面図を示す、図２Ｂに、図２Ａの一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図を示す。

図２Ａに示すように、２本の支持部３２が一定の間隔でＹ軸方向に延在している。２本の支持部３２の間に、Ｙ軸方向に１列に並んだ複数の反射鏡３０が配置されている。各反射鏡３０は、Ｙ軸及びＺ軸に平行な辺を持つ長方形状である。相互に隣り合う反射鏡３０の間に微細な間隙が確保されている。反射鏡３０のＹ軸に平行な一方の縁のほぼ中央と一方の支持部３２とを、ばね部３１が連結している。同様に、反射鏡３０の反対側の縁のほぼ中央と他方の支持部３２とを他のばね部３１が連結している。ばね部３１の各々はＹ軸方向に延在する部分を含んでおり、その一端が反射鏡３０に接続され、他端が支持部３２に接続されている。１枚の反射鏡３０に接続された２本のばね部３１は、反射鏡３０との接続箇所から、Ｙ軸方向に平行に、かつ相互に反対向きに延びている。ばね部３１が弾性変形することにより、反射鏡３０がＸ軸方向に変位する。支持部３２、反射鏡３０、及びばね部３１は、１枚のシリコン薄膜をパターニングすることにより形成される。

図２Ｂに示すように、反射鏡アレイ７は、ガラス基板３５、シリコンベース３６、絶縁膜３７、及びシリコン薄膜３８がこの順番に積層された積層構造を有する。シリコンベース３６と絶縁膜３７とは、図２Ａに示した支持部３２と同一形状にパターニングされている。シリコン薄膜３８は、図２Ａに示した支持部３２、ばね部３１、及び反射鏡３０を構成している。

反射鏡３０とガラス基板３５との間に、空洞４１が画定される。ガラス基板３５の、反射鏡３０に対向する表面に、反射鏡３０と１対１に対応するように、電極３９が形成されている。電極３９は、反射鏡３０とほぼ同一の平面形状を有する。シリコンベース３６の、ガラス基板３５に密着している面に、空洞４１側の側面から、反対側の側面まで到達する溝４０が形成されている。電極３９は、溝４０によって画定される空洞内を経由して、空洞４１の外部まで引き出されている。

例えば、シリコン薄膜３８を電気的に接地し、電極３９に電圧を印加すると、電極３９と反射鏡３０との間に静電気力が発生する。これにより、反射鏡３０をＸ軸方向に変位させることができる。電極３９に印加する電圧を変化させることにより、反射鏡３０の変位量を制御することができる。電極３９は、反射鏡３０と１対１に対応するため、反射鏡３０ごとに、その変位量を制御することができる。

反射鏡アレイ７の反射鏡３０をＸ軸方向に変位させると、偏光ビームスプリッタ４を通過した位置から、再入射する位置までの光路長が変化する。被照射体２０の表面のうち、結像面１６と同じ高さに位置する領域に入射する光線束に対応する反射鏡３０は、その基準位置に支持される。これにより、被照射体２０の表面に、発光画素２９の像が結ばれる。光線束が入射する領域の高さが、結像面１６と一致しない場合、当該光線束に対応する反射鏡３０をＸ軸方向に変位させることにより、被照射体２０の表面に発光画素２９の像を結ばせることができる。

次に、図３Ａ〜図３Ｅを参照して、反射鏡アレイ７の作製方法について説明する。

図３Ａに示すように、シリコン基板３６ａ、酸化シリコン膜３７ａ、及びシリコン薄膜３８がこの順番に積層されたＳＯＩ基板を準備する。ＳＯＩ基板は、例えば酸素イオン注入によって埋め込み酸化シリコン膜を形成する方法や、貼り合わせ法によって作製する事ができる。

シリコン基板３６ａの露出した表面上に、図２Ａに示した支持部３２に対応するフォトレジストパターン４５を形成する。フォトレジストパターン４５は、レジスト剤の塗布、露光、及び現像工程を経て形成される。フォトレジストパターン４５をマスクとして、シリコン基板３６ａをエッチングする。このエッチングは、例えば、ＳＦ_６ガスの誘導結合プラズマを用いた反応性イオンエッチングにより行うことができる。エッチング後、フォトレジストパターン４５を除去する。

図３Ｂに示すように、フォトレジストパターン４５で覆われていた領域に、シリコンベース３６が残り、エッチングされた領域に酸化シリコン膜３７が露出する。図３Ｃに示すように、露出した酸化シリコン膜３７を、例えばフッ酸を用いて除去する。

図３Ｄに示すように、シリコン薄膜３８の表面（酸化シリコン膜３７が形成されている面とは反対側の面）に、フォトレジストパターン４６を形成する。フォトレジストパターン４６は、図２Ａに示した支持部３２、ばね部３１、及び反射鏡３０の平面形状に対応する。フォトレジストパターン４６をマスクとして、シリコン薄膜３８をエッチングする。シリコン薄膜３８のエッチング方法は、図３Ａに示したシリコン基板３６ａのエッチング方法と同一である。エッチング後、フォトレジストパターン４６を除去する。

図３Ｅに示すように、図２Ａに示したばね部３１により中空に支持された反射鏡３０が得られる。その後、図２Ａ及び図２Ｂに示した溝４０を形成し、電極３９が形成されているガラス基板３５に貼り合わせることにより、反射鏡アレイ７が完成する。溝４０は、例えばダイシングソー等により形成することができる。

図４に、反射鏡アレイ７の反射鏡３０と光線束６０との位置関係を示す。Ｙ軸に平行な仮想直線に沿って複数の反射鏡３０が配置されている。各反射鏡３０は、基準位置７０を基準としてＸ軸方向に変位している。このｉ番面の反射鏡３０（ｉ）の変位量は、ｉ番面の発光画素２９（ｉ）の像を被照射体２０の表面に結ばせるために必要な大きさである。ｉ番面の発光画素２９（ｉ）から放射された光線束６０（ｉ）は、被照射体２０の表面に至るまでの途中の光路上においては、発光画素の寸法よりも大きな直径を有する。光線束６０（ｉ）の中心光線は、ｉ番面の反射鏡３０（ｉ）に入射するが、光線束６０（ｉ）の一部は、その両側の反射鏡３０（ｉ−１）及び３０（ｉ＋１）にも入射する。

被照射体２０の表面のうねりは、一般的に滑らかであるため、相互に隣り合う発光画素２９の像が形成される領域の高さの差は極わずかである。このため、被照射体２０の表面に、すべての発光画素２９の像が結ばれるように各反射鏡３０の位置を制御した状態では、相互に隣り合う反射鏡３０のＸ軸方向に関する位置の差は極わずかである。この差は、光線束６０（ｉ）の焦点深度の範囲内に収まる。このため、光線束６０（ｉ）のうち、反射鏡３０（ｉ）で反射した成分のみならず、その両隣の反射鏡３０（ｉ−１）及び３０（ｉ＋１）で反射した成分も、被照射体２０の表面上に像を結ぶと考えられる。このため、すべての発光画素２９（ｉ）を、被照射体２０の表面上に結像させることができる。

図５、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、パターン描画方法について説明する。

図５は、ＸＹステージ８に載置した被照射体２０の平面図を示す。被照射体２０の表面に、発光画素２９の正立等倍像５０が形成されている。正立等倍像５０は、Ｙ軸方向に配列する。被照射体２０は、例えば、配線パターンが形成される前の銅膜上にフォトレジスト膜が形成されているプリント基板である。発光画素２９を発光させると、その発光画素２９の像の位置に光が入射し、その部分のフォトレジスト膜が感光する。

被照射体２０をＸＹステージ８に載置した後、ＸＹステージ８を駆動して、被照射体２０の表面の、複数の領域の高さを測定する。測定された高さは、制御装置９に記憶される。これにより、被照射体２０の表面の高さの分布情報が得られる。

高さ分布情報が得られた後、ＸＹステージ８を駆動して、被照射体２０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２９の発光、消光を制御する。これにより、フォトレジスト膜の所望の領域が感光し、潜像が形成される。

発光画素２９の正立等倍像５０は、被照射体２０の表面において等ピッチで離散的に分布する。このため、Ｘ軸方向への１回の走査では、Ｙ軸方向に連続する線を描画することができない。被照射体２０をＹ軸方向にずらして、Ｘ軸方向へ走査する工程を複数回繰り返すことにより、Ｙ軸方向に連続する線を描画することができる。

図６に、反射鏡アレイ７の他の構成例を示す。基板８０の表面上に、エアギャップを介して複数の可動リボン８２が一列に配列している。可動リボン８２に対向する基板８０の表面に、共通電極８１が形成されている。可動リボン８２の各々の表面にアルミニウムが蒸着されており、蒸着されたアルミニウム膜が、反射面として、かつ上部電極として機能する。

共通電極８１と上部電極との間に電圧を印加していないとき、可動リボン８２は基板８０の表面と平行になるように張った状態になっている。可動リボン８２に蒸着されたアルミニウム膜に電圧を印加すると、静電引力によって可動リボン８２が基板８０側に移動する。このとき、可動リボン８２の中央部分が変形せず、両端近傍の領域のみが弾性変形するように、中央部分の剛性が相対的に高められている。アルミニウム膜に印加する電圧を変化させることにより、可動リボン８２の移動量を制御することができる。

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。

（１Ａ）は、実施例によるパターン描画装置の平面図であり、（１Ｂ）は正面図である。 （２Ａ）は、反射鏡アレイの正面図であり、（２Ｂ）は、（２Ａ）の一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図である。 実施例による反射鏡アレイの製造方法を説明するための、製造途中段階の断面図である。 被照射体、及びその表面に形成された発光画素の像を示す平面図である。 反射鏡アレイの反射鏡と、光線束との位置関係を示す概略平面図である。 反射鏡アレイの他の構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 駆動回路
２ 発光画素アレイ
２Ａ 発光ダイオード
２Ｂ 偏光板
３ セルフォックレンズアレイ
４ 偏光ビームスプリッタ
５ １／４波長板
６ 反射鏡駆動機構
７ 反射鏡アレイ
８ ＸＹステージ
９ 制御装置
１０ 高さ測定器
１６ 結像面
２０ 被照射体
２９ 発光画素
３０ 反射鏡
３１ ばね部
３２ 支持部
３５ ガラス基板
３６ シリコンベース
３７ 絶縁膜
３８ シリコン薄膜
３９ 電極
４０ 溝
４１ 空洞
４５、４６ フォトレジストパターン
５０ 発光画素の像
６０ 光線束
７０ 基準位置

Claims (8)

1. 仮想直線に沿って発光画素が配列し、各発光画素が光線束を出射する発光画素アレイと、
   被照射体を保持するステージと、
   前記発光画素から出射した光線束の各々を、前記ステージに保持された被照射体の表面に集光させる集光光学系と、
   前記発光画素から出射された光線束が前記ステージに保持された被照射体に入射するまでの光線束の経路内に配置され、該発光画素から被照射体に至るまでの光路の一部分の光路長を、発光画素に対応する光線束ごとに変化させる光路長調整手段と
   を有するパターン描画装置。
2. 前記光路長調整手段は、
   前記発光画素に対応して配置された複数の反射鏡を含み、各反射鏡は、対応する発光画素から出射した光線束を、反射光が入射光と同一の光路を逆向きに伝搬するように反射させる複数の反射鏡と、
   前記反射鏡を、各反射鏡へ入射する光線束の伝搬方向と平行な方向に変位させる反射鏡駆動機構と
   を含む請求項１に記載のパターン描画装置。
3. 前記発光画素の各々から出射される光線束は直線偏光されており、
   前記光路長調整手段は、さらに、
   前記発光画素アレイと前記複数の反射鏡との間の光路内に配置された偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタと前記複数の反射鏡との間の光路内に配置された１／４波長板と
   を含み、前記発光画素から出射された光線束が、前記偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光またはＳ偏光とされている請求項２に記載のパターン描画装置。
4. さらに、前記ステージに保持された被照射体の表面のうち、測定可能範囲内に位置する領域の高さを測定する高さ測定器を有する請求項１〜３のいずれかに記載のパターン描画装置。
5. さらに、前記ステージに保持された被照射体の表面の高さに基づいて、前記反射鏡駆動機構を制御して、各発光画素に対応する反射鏡を変位させる制御装置を有する請求項１〜４のいずれかに記載のパターン描画装置。
6. 前記制御装置は、前記ステージに保持された被照射体の表面に前記発光画素の像が結ばれるように前記反射鏡駆動機構を制御する請求項５に記載のパターン描画装置。
7. 前記ステージは、保持した被照射体を、その表面に平行な方向に移動させることができ、前記制御装置は、予め記憶されている画像データに基づいて、前記ステージの移動の制御、前記発光画素の発光及び消光の制御を行う請求項５または６に記載のパターン描画装置。
8. 直線状に配列された発光画素の像を、被照射体の表面に形成しつつ、該被照射体を移動させながら、画像データに基づいて発光画素の発光及び消光を制御してパターンを描画する工程において、該被照射体の表面の高さが変化しても、該発光画素から該被照射体の表面までの光路の全長が変化しないように、光線束の一部分の光路長を変化させる工程を含むパターン描画方法。

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