JP2007293099A - 直接露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光対象基板の露光面上に照射される光による照射スポットにボケやゴーストが発生することがない、高い露光精度を有する直接露光装置を実現する。
【解決手段】複数の点光源が２次元配列された面光源１１と、各点光源に一対一に対応するマイクロレンズ２２が２次元配列されて構成されるマイクロレンズアレイ１２と、面光源１１からの光をマイクロレンズアレイ１２に投影する第１の投影レンズ１３と、各マイクロレンズ２２による光の集光位置の近傍に各マイクロレンズ２２に一対一に対応する窓２３が２次元配列されて構成されるシャドーマスク１４と、各窓２３を通過した光を露光対象物３の露光面上に投影する第２の投影レンズ１５と、を備える直接露光装置１において、マイクロレンズアレイ１２側のシャドーマスク１４の面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段１６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の点光源が２次元配列されて構成される面光源を用いて、露光対象物（露光対象基板）の露光面上に光を照射する直接露光装置に関する。

配線基板の配線パターンは、配線パターンに関する設計データに基づいて基板を露光し、現像することで所望のパターンを基板上に焼き付け、そしてエッチングを施すことで形成される。この露光処理の一例として、フォトマスクを用いた方法がある。

これに対し、近年、フォトマスクを用いない直接露光方法が提案されている。この方法によれば、露光対象物（露光対象基板）の伸縮、歪み、ズレなどに対処するための補正を、露光データの生成の段階で予め行うことができ、あるいはリアルタイムで行うことができるので、製造精度の向上、歩留まりの向上、納期の短縮、製造コストの低減などの点において著しい改善がもたらされる。

直接露光方法として、例えばディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いて露光パターンを直接露光処理により形成する方法がある（例えば、特許文献１〜４参照）。図７は、ディジタルマイクロミラーデバイスを用いた直接露光装置の一従来例を例示する図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。図８は、直接露光装置に用いられるシャドーマスクの一従来例を例示する図である。

ディジタルマイクロミラーデバイス１１を用いた直接露光装置１は、分解能の向上と光の照度の増加とを目的として、マイクロレンズアレイ１２を用いてディジタルマイクロミラーデバイス１１から得られる像を縮小している。しかしながら、この像をそのまま露光対象基板（露光対象物）３に投影すると露光面上にゴーストが発生してしまう。そこで、通常は、ゴーストの排除と露光面上における照射スポットの成形とを目的として、シャドーマスク１４を用いて光の一部を遮断している。

より詳細に説明すると次の通りである。すなわち、図７に示すように、従来の直接露光装置１は、複数のマイクロミラー２１が２次元配列されたディジタルマイクロミラーデバイス１１と、各マイクロミラー２１に一対一に対応するマイクロレンズ２２が２次元配列されて構成されるマイクロレンズアレイ１２と、ディジタルマイクロミラーデバイス１１からの光をマイクロレンズアレイ１２に投影する第１の投影レンズ１３と、マイクロレンズ２２による光の集光位置の近傍に各マイクロレンズ２２に一対一に対応する窓２３が２次元配列されて構成されるシャドーマスク１４と、各窓２３を通過した光を露光対象基板（露光対象物）３の露光面上に投影する第２の投影レンズ１５と、を備える。

露光面上にレジストが形成された露光対象基板３は、ディジタルマイクロミラーデバイス１１に対して相対移動する。ディジタルマイクロミラーデバイス１１には、露光すべきパターンに対応したパターンデータが入力される。このパターンデータは、マイクロミラーデバイス１１に対して相対移動する露光対象基板３の位置に同期して生成されるものである。ディジタルマイクロミラーデバイス１１には所定の光源（図示せず）から光が照射される。ディジタルマイクロミラーデバイス１１の各マイクロミラー２１は可動であり、各マイクロミラー２１をパターンデータに応じて傾動させることにより、ディジタルマイクロミラーデバイス１１中の各マイクロミラー２１に入射した光の反射方向を適宜変える。ディジタルマイクロミラーデバイス１１によって露光対象基板３の方向に向けられた光は、第１の投影レンズ１３を透過し、第１の投影画像３１として結像する。

第１の投影画像３１は、マイクロレンズアレイ１２に投影される。ディジタルマイクロミラーデバイス１１において２次元配列された各マイクロミラー２１とマイクロレンズアレイ１２において２次元配列された各マイクロレンズ２２とは一対一に対応している。第１の投影画像３１は、マイクロレンズアレイ１２における各マイクロレンズ２２を透過し、シャドーマスク２３上に縮小投影画像３２として結像する。

シャドーマスク１４の各窓２３に投影される縮小投影画像３２は、当該窓２３に一対一に対応するマイクロミラー２１で反射した光による像以外に、当該マイクロミラー２１とは異なる隣接するマイクロミラー２１で反射した光による像も含まれている。シャドーマスク１４の各窓２３の大きさは、１つのマイクロミラー２１で反射した光による像の大きさよりも小さい。したがって、シャドーマスク１３の各窓２３によって、縮小投影画像３２を構成する光の一部が遮断される。その結果、ゴーストが排除され、縮小投影画像３２はスポット形状に成形される。スポット形状に成形された縮小投影画像３２は、第２の投影レンズ１５によって露光対象基板３の露光面上に投影されるが、本明細書では露光対象基板３の露光面上における縮小投影画像３３のスポット形状１つ１つを「照射スポット」と称する。すなわち照射スポットは、露光対象基板３の露光面上に照射された光のスポットを意味するものである。各照射スポットにより露光対象基板３の露光面上のレジストは感光される。

特開平１０−１１２５７９号公報 特開２００５−５３０７号公報 特開２００５−１５６７８８号公報 特開２００５−１５９２３２号公報

上述のようにマイクロレンズアレイ１２およびシャドーマスク１４を用いて構成される直接露光装置においては、マイクロレンズアレイ１２によりシャドーマスク１４上に焦点ズレなく正確に縮小投影画像が投影されることにより、ゴーストの排除および照射スポットの成形が実現される。

しかしながら、マイクロレンズアレイ１２による縮小投影画像の位置が、シャドーマスク１４上の本来の投影位置よりも上下にずれてしまうと、照射スポットの成形は実現できるものの、ゴーストを排除することができなくなる。図９は、直接露光装置における光学系のズレに起因する露光精度の低下を説明する模式図であり、（ａ）は正常に結像した場合を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は異常に結像した場合を示す図である。

図９（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ１２の各マイクロレンズによる光の焦点位置にシャドーマスク１４の各窓２３が位置する場合は、縮小投影画像３２はシャドーマスク１４の面上に結像し、照射スポット４０（図中、黒丸印で示す。）が正常に成形され、ゴーストも発生しない。

しかしながら、マイクロレンズアレイ１２の各マイクロレンズによる光の焦点位置がシャドーマスク１４の各窓２３よりも上方に（すなわちマイクロレンズアレイ１２のある側に）ずれて位置する場合は、図９（ｂ）に示すように、縮小投影画像３２はシャドーマスク１４の面よりも上方にずれて結像し、照射スポット４０（図中、黒丸印で示す。）のボケやゴースト４１（図中、グレーで示す。）が発生してしまう。

また、マイクロレンズアレイ１２の各マイクロレンズによる光の焦点位置がシャドーマスク１４の各窓２３よりも下方に（すなわちマイクロレンズアレイ１２のある側とは反対の側に）ずれて位置する場合は、図９（ｃ）に示すように、縮小投影画像３２はシャドーマスク１４の面よりも下方にずれて結像し、照射スポット４０（図中、黒丸印で示す。）のボケやゴースト４１（図中、グレーで示す。）が発生してしまう。

このような照射スポットのボケやゴーストの発生は、露光処理の分解能の低下、露光精度の低下を招く。照射スポットのボケやゴーストの発生を無くすためには、第１の投影レンズ１３およびマイクロレンズアレイ１２の焦点位置を正確に設定し直接露光装置を製作する必要がある。しかしながら、マイクロレンズアレイ１２は、１つ１つの大きさが非常に小さいマイクロレンズ２２を複数個集積した構造であり焦点距離も短いため、精度の均一なマイクロレンズアレイ１２を製作することは難しい。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、露光対象基板の露光面上に照射される光による照射スポットにボケやゴーストが発生することがない、高い露光精度を有する直接露光装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の第１の態様によれば、複数の点光源が２次元配列された面光源と、各点光源に一対一に対応するマイクロレンズが２次元配列されて構成されるマイクロレンズアレイと、各マイクロレンズによる光の集光位置の近傍に各マイクロレンズに一対一に対応する窓が２次元配列されて構成されるシャドーマスクと、を備え、露光対象物の露光面上に所望の露光パターンを形成する直接露光装置において、マイクロレンズアレイ側のシャドーマスク面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段を備え、この光拡散手段によって拡散された各マイクロレンズからの各光が、シャドーマスクの各窓を通過して露光対象物の露光面上に投影される。

また、本発明の第２の態様においては、複数の点光源が２次元配列された面光源と、各点光源に一対一に対応するマイクロプリズムが２次元配列されて構成されるマイクロプリズムアレイと、各マイクロプリズムによる光の集光位置の近傍に各マイクロプリズムに一対一に対応する窓が２次元配列されて構成されるシャドーマスクと、を備え、露光対象物の露光面上に所望の露光パターンを形成する直接露光装置において、マイクロプリズムアレイ側のシャドーマスク面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段を備え、この光拡散手段によって拡散された各マイクロプリズムからの各光が、シャドーマスクの各窓を通過して露光対象物の露光面上に投影される。

本発明の第１の態様および第２の態様のいずれにおいても、上記面光源は、外部から照射される光を反射するディジタルマイクロミラーデバイスか、あるいは、点光源としての自己発光素子が２次元配列されて構成される自己発光光源アレイである。面光源がディジタルマイクロミラーデバイスである場合は、各点光源は、ディジタルマイクロミラーデバイス上に２次元配列された可動のマイクロミラーである。

本発明によれば、露光対象基板の露光面上に照射される光による照射スポットにボケやゴーストが発生することがなく、高い露光精度を有する直接露光処理を実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施例による直接露光装置における拡散手段を説明する断面図である。なお、図１においては、面光源、第１の投影レンズおよび第２の投影レンズについては、図７に示すものと同様であるのでその詳細な説明は省略する。

本発明の第１の実施例では、複数の点光源が２次元配列された面光源と、各点光源に一対一に対応するマイクロレンズ２２が２次元配列されて構成されるマイクロレンズアレイ１２と、面光源からの光をマイクロレンズアレイ１２に投影する第１の投影レンズと、各マイクロレンズ２２による光の集光位置の近傍に各マイクロレンズ２２に一対一に対応する窓２３が２次元配列されて構成されるシャドーマスク１４と、各窓２３を通過した光を露光対象基板（露光対象物）の露光面上に投影する第２の投影レンズと、を備える直接露光装置において、マイクロレンズアレイ１２側のシャドーマスク１４の面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段１６を備える。すなわち、本発明の第１の実施例による直接露光装置は、シャドーマスク１４におけるマイクロレンズアレイ１２からの光が照射される面の側に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段１６を備える。光拡散手段１６によって拡散された各マイクロレンズ２２からの各光は、シャドーマスク１４の各窓２３を通過して第２の投影レンズを介して露光対象基板の露光面上に投影される。

図２は、本発明に用いられる光拡散手段を説明する図である。光拡散手段１６は、入射光を拡散光に変えて出射するものである。すなわち、光拡散手段１６による拡散光は、光拡散手段１６から発せられた光のように振舞う。本発明の実施例では、拡散角度が例えば４０〜８０度、好適には６０〜８０度であり、光の透過効率は例えば８５％以上、好適には９０％以上の光拡散手段が用いられる。光拡散手段１６は、例えば、既に作成されてあるシャドーマスク１４の面上に、市販の拡散板を張り合わせることで構成すればよい。あるいはまた、ガラス板を用いてシャドーマスク１４を作成する際に同時に当該ガラス板上に作成すればよい。この場合は、ガラス板の一方の面に遮光用のクロム膜を形成すると共に、もう一方の面にエッチング等の化学処理により光を拡散する層を形成すればよい。

図３は従来例におけるシャドーマスクと結像との関係を示す図であり、図４は本発明の第１の実施例におけるシャドーマスクと結像との関係を示す図（その１）である。図３に示すように、光拡散手段を設けない従来例において、マイクロレンズ（図示せず）による光の焦点位置がシャドーマスク１４の窓２３よりも下方（すなわちシャドーマスク１４に対してマイクロレンズとは反対側）にずれていた場合は、シャドーマスク１４を通過した光は、シャドーマスク１４の窓２３の近傍の位置ではなく、シャドーマスク１４に対してマイクロレンズとは反対側の位置に結像する（図中、参照番号１００で示す太い矢印）。この結果、像１００から出たような光のように振る舞い、この光は第２の投影レンズ１５−１を通過してピンボケした像１０１を形成する。

一方、本発明の第１の実施例によれば、図４に示すように、シャドーマスク上に投影された光は、光拡散手段１６によって拡散される。光拡散手段１６による拡散光は、光拡散手段１６から発せられた光のように振舞う。この結果、光拡散手段１６の下側に設置されるシャドーマスク１４の窓２３が光っているような状態となり、マイクロレンズ（図示せず）による光の焦点位置がシャドーマスク１４の窓２３よりも下方（すなわちシャドーマスク１４に対してマイクロレンズとは反対側）にずれていた場合であっても、シャドーマスク１４の窓２３の近傍の位置に結像する（図中、参照番号１０２で示す太い矢印）。したがって、像１０２は、焦点が合った状態の光として第２の投影レンズ１５−１を通過し、ピンボケの無い正常な像１０３が形成されることになる。

図５は、本発明の第１の実施例におけるシャドーマスクと結像との関係を示す図（その２）である。

図５（ａ）に示すように、マイクロレンズ（図示せず）による光の焦点位置にシャドーマスク１４の窓２３が位置する場合は、縮小投影画像３２はシャドーマスク１４の面上に結像し、照射スポット４０（図中、黒丸印で示す。）が正常に成形され、ゴーストも発生しない。

一方、図５（ｂ）に示すように、マイクロレンズ（図示せず）による光の焦点位置がシャドーマスク１４の窓２３よりも上方に（すなわちマイクロレンズのある側に）ずれて位置する場合は、縮小投影画像３２はシャドーマスク１４の面よりも上方にずれて結像するが、上述のように光拡散手段１６から発せられた光のように振舞う。すなわち、第２の投影レンズ（図示せず）から見れば、光拡散手段１６の下側に設置されるシャドーマスク１４の窓２３が光っているような状態となり、シャドーマスク１４の窓２３の近傍の位置に結像したことと等価の状態となる。したがって、照射スポット４０（図中、黒丸印で示す。）が正常に成形され、ゴーストも発生しない。

また、図５（ｃ）に示すように、マイクロレンズ（図示せず）による光の焦点位置がシャドーマスク１４の窓２３よりも下方に（すなわちマイクロレンズのある側とは反対の側に）ずれて位置する場合は、縮小投影画像３２はシャドーマスク１４の面よりも下方にずれて結像するが、上述のように光拡散手段１６から発せられた光のように振舞う。すなわち、第２の投影レンズ（図示せず）から見れば、光拡散手段１６の下側に設置されるシャドーマスク１６の窓１６が光っているような状態となり、シャドーマスク１４の窓２３の近傍の位置に結像したことと等価の状態となる。したがって、照射スポット４０（図中、黒丸印で示す。）が正常に成形され、ゴーストも発生しない。

このように、マイクロレンズによってシャドーマスク１４に投影される光は、光拡散手段１６によって拡散される。この光拡散手段１６による拡散光は、この光拡散手段１６が発した光のように振舞うため、第２の投影レンズから見た場合には、マイクロレンズによる光の焦点位置のズレに関係なく、光拡散手段１６が光っているような状態すなわちシャドーマスク１４の窓２３が光ったような状態と等価となるので、シャドーマスク１４の窓２３の形が第２の投影レンズに正常に投影されることになる。その結果、露光対象基板の露光面上に照射される光による照射スポットにボケやゴーストが発生せず、高い露光精度を有する直接露光処理を実現できる。なお、上述のように、光拡散手段の光の透過効率は、例えば８５％以上、好適には９０％以上であるので、本発明の第１の実施例による直接露光装置は、光拡散手段を設けない従来の直接露光装置の場合と比べると、露光対象基板の露光面に照射される光の照度は若干減少する。この減少分を補うためには、面光源の発光強度を増加させるかあるいは露光面に対する光の照射時間を増加させればよい。

図６は、本発明の第２の実施例による直接露光装置における拡散手段を説明する断面図である。なお、図６においては、面光源、第１の投影レンズおよび第２の投影レンズについては、図７に示すものと同様であるのでその詳細な説明は省略する。

本発明の第２の実施例では、複数の点光源が２次元配列された面光源と、各点光源に一対一に対応するマイクロプリズム２４が２次元配列されて構成されるマイクロプリズムアレイ１７と、面光源からの光をマイクロプリズムアレイ１７に投影する第１の投影レンズと、各マイクロプリズム２４による光の集光位置の近傍に各マイクロプリズム２４に一対一に対応する窓２３が２次元配列されて構成されるシャドーマスク１４と、各窓２３を通過した光を露光対象基板（露光対象物）の露光面上に投影する第２の投影レンズと、を備える直接露光装置において、マイクロプリズムアレイ１７側のシャドーマスク１４の面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段１６を備える。すなわち、本発明の第２の実施例による直接露光装置は、シャドーマスク１４におけるマイクロプリズムアレイ１７からの光が照射される面の側に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段１６を備える。光拡散手段１６によって拡散された各マイクロプリズム２４からの各光は、シャドーマスク１４の各窓２３を通過して第２の投影レンズを介して露光対象基板の露光面上に投影される。

マイクロプリズムアレイ１７のマイクロプリズム２４は、機械的な研磨作業により容易に製作可能である。例えば、ガラス板の面上に、所定の角度を持った溝を格子状に彫ればよい。このようにマイクロプリズムアレイは、機械的な研磨作業により製作できるので、化学処理により製作するマイクロレンズアレイを場合に比べると、安定かつ確実に精度を上げることができる。

上述の本発明の第１の実施例および第２の実施例のいずれにおいても、上記面光源は、例えば、外部から光が照射されるディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）か、あるいは、点光源としての自己発光素子が２次元配列されて構成される自己発光光源アレイで構成すればよい。例えば、面光源をディジタルマイクロミラーデバイスとする場合は、各点光源は、ディジタルマイクロミラーデバイス上に２次元配列された可動のマイクロミラーであり、その詳細については図７を参照して説明した通りである。また例えば、面光源を自己発光光源アレイとする場合は、レーザダイオードなどの点光源を２次元配列して構成して構成すればよい。

本発明は、複数の点光源が２次元配列されて構成される面光源を用いて、露光対象物（露光対象基板）の露光面上に光を照射する直接露光装置に適用することができる。本発明によれば、露光対象基板の露光面上に照射される光による照射スポットにボケやゴーストが発生することがなく、高い露光精度を有する直接露光処理を実現することができる。直接露光処理によれば、高精度な配線形成を容易かつ高速に行うことができ、配線基板上の実装密度も上がるが、本発明によれば、高精度が要求される複雑な配線パターンを確実に実現することができる。

本発明の第１の実施例による直接露光装置における拡散手段を説明する断面図である。 本発明に用いられる光拡散手段を説明する図である。 従来例におけるシャドーマスクと結像との関係を示す図である。 本発明の第１の実施例におけるシャドーマスクと結像との関係を示す図（その１）である。 本発明の第１の実施例におけるシャドーマスクと結像との関係を示す図（その２）である。 本発明の第２の実施例による直接露光装置における拡散手段を説明する断面図である。 ディジタルマイクロミラーデバイスを用いた直接露光装置の一従来例を例示する図である。 直接露光装置に用いられるシャドーマスクの一従来例を例示する図である。 直接露光装置における光学系のズレに起因する露光精度の低下を説明する模式図であり、（ａ）は正常に結像した場合を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は異常に結像した場合を示す図である。

符号の説明

１ 直接露光装置
１１ ディジタルマイクロミラーデバイス
１２ マイクロレンズアレイ
１３ 第１の投影レンズ
１４ シャドーマスク
１５ 第２の投影レンズ
１６ 光拡散手段
１７ マイクロプリズムアレイ
２１ マイクロミラー
２２ マイクロレンズ
２３ 窓
２４ マイクロプリズム

Claims (4)

1. 複数の点光源が２次元配列された面光源と、各前記点光源に一対一に対応するマイクロレンズが２次元配列されて構成されるマイクロレンズアレイと、各前記マイクロレンズによる光の集光位置の近傍に各前記マイクロレンズに一対一に対応する窓が２次元配列されて構成されるシャドーマスクと、を備え、露光対象物の露光面上に所望の露光パターンを形成する直接露光装置であって、
   前記マイクロレンズアレイ側の前記シャドーマスク面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段を備え、
   前記光拡散手段によって拡散された各前記マイクロレンズからの各光が、前記シャドーマスクの各前記窓を通過して前記露光対象物の前記露光面上に投影されることを特徴とする直接露光装置。
2. 複数の点光源が２次元配列された面光源と、各前記点光源に一対一に対応するマイクロプリズムが２次元配列されて構成されるマイクロプリズムアレイと、各前記マイクロプリズムによる光の集光位置の近傍に各前記マイクロプリズムに一対一に対応する窓が２次元配列されて構成されるシャドーマスクと、を備え、露光対象物の露光面上に所望の露光パターンを形成する直接露光装置であって、
   前記マイクロプリズムアレイ側の前記シャドーマスク面上に、入射された光を拡散して出射する光拡散手段を備え、
   前記光拡散手段によって拡散された各前記マイクロプリズムからの各光が、前記シャドーマスクの各前記窓を通過して前記露光対象物の前記露光面上に投影されることを特徴とする直接露光装置。
3. 前記面光源は、外部から照射される光を反射するディジタルマイクロミラーデバイスであり、各前記点光源は、前記ディジタルマイクロミラーデバイス上に２次元配列された可動のマイクロミラーである請求項１または２に記載の直接露光装置。
4. 前記面光源は、前記点光源としての自己発光素子が２次元配列されて構成される自己発光光源アレイである請求項１または２に記載の直接露光装置。

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