JP2008523451A - フォトリソグラフィ転写用のコリメートされたuv光線を生成するプロセスおよび装置 - Google Patents
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Abstract
本発明はプリント回路基板を露光するためのコリメートされたUV放射光を生成する改善されたプロセスおよび装置を提供する。プロセスは、UV放射光を多くの放射光源に分割することによって下流の光学部品の光学長を短くし、走査スライドを使用することによって基板上にUV放射光を均一に分配することにある。
【選択図】 図5
【選択図】 図5
Description
本発明は、感光性重合体で被覆された基板上にパターンをフォトリソグラフィ転写するためのコリメーション光学装置に関する。より詳細には、本発明はプリント回路基板上にフォトリソグラフィ転写するためのコリメート型UV光学装置に関する。
UVコリメーション光学装置をもつ露光システムを使用して100μよりも小さい導体トラックをもつプリント回路基板が露光される。
UVコリメーション光学装置がこの分野で知られている。例えば、内容が参照により本明細書に組み込まれる、EP618505、EP807505、EP807856、DE410667311、およびUS2002/0167788A1の説明を参照されたい。従来のUVコリメーション光学装置は、楕円面鏡の焦点にある水銀ショートアークランプのUV放射光を集め、コリメーション光学装置を介してこの焦点を放物面鏡に拡大する。UV光線は、コリメートされ、基板に垂直になるように放物面鏡から出る。
DE4206673A1(その内容は参照により本明細書に組み込まれる)およびUS2002/0167788A1で説明されている走査光学装置では、拡大は基板の短い寸法にわたって細片の形態で行われる。参照により本明細書に組み込まれるUS2004/0166249は、いくつかの分光感度極大をもつ重合体を硬化させるためのLEDの使用について説明している。
既知のUVコリメーション光学装置における集光および拡大は長い光路を必要とする。したがって、この光学装置は大きな空間の必要条件を有し、非常に高価である。したがって、求められているものは、長い光路を必要とせず、したがって、より実用的で一般にそれほど高価でない拡大および集光を行う装置および/または方法である。
本発明は、プリント回路基板上の感光性基板を露光するためにコリメートされたUV放射光を生成する改善されたプロセスおよび装置を提供する。本発明のプロセスおよび装置は、この分野における従来のコリメート型UV放射光デバイスの長い光路を必要としない。本発明は、上流の放射光源からのコリメートされたUV放射光を複数の2次放射光源に分割することによって、および走査スライドを使用することにより対象基板に均一に放射するように2次源からのUV放射光を分配することによって下流光学部品の光学長を短くする目的を達成する。
好ましい実施形態では、2次(または「小型」)UV放射光源は2つの技法のうちの1つを使用して提供される。第1の技法では、小型UV放射光源は、5〜8kWの水銀点光源ランプの放射光をビーム分割し、入力上の分割ビームを複数のUV液体ライトガイドに分配することによって提供された。同様の方法で、単一の導波路からのコリメートされたUV放射光出力がそれ自体ビーム分割され、入力が複数のUV液体ライトガイドに供給される。第2の技法では、小型UV放射光源はアレイまたはマトリクスのUV放射光LEDのUV放射光を使用することによって提供された。
第2の技法の好ましい実施形態では、UV LEDがヒートシンク上に直接に接着またははんだ付けされる。本実施形態では、耐用寿命を最大化し、UV LEDのUV出力放射光を安定にするのに役立つように、ヒートシンク材料が適切な温度、例えば6℃に水冷を使用して冷却されることがさらに好ましい。
好ましい実施形態では、UV LEDおよびUV LEDチップクラスタが正方形に配置され、その正方形配列が45°だけ回転され、その結果、チップクラスタの対角線が走査スライドの走査移動の方向と平行になる。コリメーションレンズによって正方形の放射光源を適切に拡大するならば、これらは菱形サブ区域上に投影され、その放射光密度は走査中に隣接するLEDの菱形サブ区域の放射光密度と最適に加えられ、さらに良好な均一性をもたらす。このプロセスの詳細は図面を使って示された例示的実施形態で説明される。
LEDはグループに、好ましくは8つの要素からなる2つの列に組み合わせられ、一定電流が直列に供給される。ステップアップコンバータが制御を行う。5.1Vのツェナーダイオード(Zダイオード)が各LEDに並列に接続される。万一LED不具合による停止が生じた場合、ツェナーダイオードは電流が直列に残りのLEDを通って確実に流れ続けるようにし、露光装置の故障が避けられる。
コリメーション光学装置はUV適合アクリルガラスからミリングによって生成された多レンズ板を備える。非球面レンズ形状が投影するのに最適なように計算される。コリメーション角度は、小型UV放射光源から多レンズ板までの間隔を電動調整することによって変更することができる。この角度は、2°から10°まで調整できることが好ましい。
プログラム可能なコリメーション角度のプロセスでは、クリーンルームの品質、導体トラックの解像度、および技術的方法(液体レジスト/ドライレジスト)に応じてジョブパラメータを規定した後、最適なコリメーション角度を自動的に設定するためにこの装置が使用される。
露光の均一性は、後のプロセスステップの現像/電気めっき/エッチングでレジストが機能を果たすのに重要な変数である。したがって、露光エネルギーを基板に均一に導入することは好都合である。
本発明は、均一性を改善するために説明した好都合なプロセスに関連して、再び均一性を改善するさらなるプロセスおよび装置を提供する。
US2004/0166249は選択方法を説明しているが、ここでは使用することができず、したがって、以下のもので取り替えられる。
本発明はUV電力/mAに従って選択し、選択されたグループを様々な露光システムに使用する。本発明は、さらにLEDのUVスペクトルに応じて選択し、それらを様々なレジストタイプおよび/またはソルダーレジストに使用する。
較正装置は、均一性を改善するためにUV光線経路に挿入される横方向開口の設計および開口を生成するプロセスで使用する性能データを測定し収集する。較正装置は露光装置の端部領域に配置され、歯形ベルト駆動を利用して走査スライドの走査方向に対して横方向に移動することができる光電セルを有する。光要素は段階的な方法で調節される。
それによって、UVコリメーション光学装置の放射パワーは細片の形態で測定される。その結果はコンピュータによって使用されて光線経路中に横から入れられる開口外形が生成され、UV放射パワーの偏りが大部分補償される。ランプストリームの増加による走査速度の変化を補償するよりも点灯のスイッチオンの後のチップの昇温に起因するUV LEDの強度減少を補償するために光電池も使用される。
本発明は、測定されたデータから生成されるプロセス、および均一性の改善のために開口外形として使用することができるミリングされた部品を生成するのに使用されるプリント回路基板ミリング装置用のプログラムを提供する。したがって、ユーザーは装置を定期的に(例えば、年1回)調整できる立場にあり、低い費用で所要の較正された開口を自身で生成する。
さらなる方法は、走査移動の不十分な安定性によって生成される均一性誤差を改善する。US2002/016788A1は単に走査速度を変えることによってレジスト用の露光エネルギー/cm2を制御する方法を説明している。レジスト/ソルダー感度は10mJ/cm2から500mJ/cm2の範囲である。この広い範囲のために、走査速度の変化だけで露光エネルギーをレジストに適合させることはできない。したがって、本発明は、最適PIDパラメータがそれぞれ電動制御のために固定されている複数の一定速度を使用する。精密制御および範囲のさらなる調節は単にLEDの電流の制御によって行われる。このようにするだけで、すべてのレジスト露光/ソルダーレジスト露光のエネルギー密度の場合に1%の解像度を有することができる。
安価で小型のUVコリメーション光学装置が必要である。本目的は、従来技術に対して実質的に改善され、光路長が1000mmから40〜80mmに短縮されるUVコリメーション光学装置を提供することである。UVコリメーション光学装置の光路長は、集光されたUV放射光が拡大される基板表面の大きさによって実質的に決定される。したがって、本発明によれば、光路長の短縮は5〜8kWの水銀ショートアークランプを複数の小型UV放射光源に取り替えることによって達成される。これらは基板のサブ区域だけを露光する。それに対応して、下流コリメーション光学装置は短い光路長を有する。
本発明は小型UV放射光源として、多アームUV液体ライトガイドの放射光出力およびUV LEDの放射光の2つのバージョンを使用する。
均一な露光を達成するために、小型UV放射光源は走査スライドの適切な速度で基板上を移動する。
さらに、利点は次のとおりである。
− コリメーション角度はクリーンルームの品質およびプロセスに適合させることができる。
− 露光の均一性の改善は±10%から±5%である。
− 装置およびクリーンルームの熱の発生が最小である。
− UV LEDバージョンでは露光システム当たり、1年当たり100kW/hのエネルギーが節約される。
− ランプの耐用寿命が1000時間から100000時間まで改善される(UV LEDバージョンでは)。
− コリメーション角度はクリーンルームの品質およびプロセスに適合させることができる。
− 露光の均一性の改善は±10%から±5%である。
− 装置およびクリーンルームの熱の発生が最小である。
− UV LEDバージョンでは露光システム当たり、1年当たり100kW/hのエネルギーが節約される。
− ランプの耐用寿命が1000時間から100000時間まで改善される(UV LEDバージョンでは)。
図1および図2は、液体ライトガイドに基づいたUVコリメーション光学装置を示す。本実施形態では、水銀ショートアークランプ(2)のUV放射光は楕円面(1)を利用して焦点(3.5)に集束させられる。コールド光ミラー(3)は焦点(3.5)の前方に配置され、コリメーションレンズ(4)の方にビームを(図示の実施形態では90°だけ)偏向させる。コリメーションレンズ(4)はラスタレンズ板(5)上にUV放射光を集束し、ラスタレンズ板(5)はビームを複数の分割ビーム(5.5)に分割し、分割ビーム(5.5)を多数の液体ライトガイド(6)の入口ポート(6.5)上に集光する。
液体ライトガイド(6)はUV放射光を走査スライド(50)の基部板(9)の方に低損失で伝送する。各液体ライトガイド(6)は基部板(9)に固定されているフランジ(7)で終端する。液体ライトガイド(6)の構成要素をなすUV放射光ビームは、第2のコリメーションレンズ(8)を利用して第2のラスタレンズ板(10)上に集束される。液体ライトガイド(6)からのUV放射光ビームは、第2のラスタレンズ板(10)によって複数の第2の分割ビーム(10.5)に分割される。2次の分割ビーム(10.5)は各々中間板(11)にある分配器ライトガイド(13)の入口ポート(13.5)上に集光され、分配器ライトガイド(13)の遠位端(12.5)が取り付けられる小型UV放射光源板(12)の方に伝送される。小型UV放射光源は分配器ライトガイド(13)の遠位端(12.5)から放出する。多レンズ板(14)は、分配器ライトガイド(13)の遠位端出口開口(12.5)からのUV放射光を基板(15)上に1:15の倍率で投影する。
図3および図4はUV LEDに基づく小型UV放射光源を示す。UV LEDモジュール(19)は、水冷をもつヒートシンクとしても役立つ基部板(17)に(図示の実施形態ではねじによって)取り付けられる。UV放射光の放出角度はコリメーション開口(39)によって±45°に制限される。各UV LEDの放射光ビームは、多レンズ板(14)に組み込まれる非球面レンズ(14.5)によって1.5°と10°との間のコリメーション角度でフィルム(30)を通して基板(15)上に投影される。
図5は露光フレーム(60)のUVコリメーション光学装置を示す。初めに、走査スライド(50)はフレーム(60)の端部の待機位置にある。フィルム(30)および基板(15)はUV LED(16)の放射光の外側にある。次に、LED(16)はプログラムによってオンに切り替えられる。走査スライドモータ(31)は活性なLEDをもつ走査スライド(50)を基板(15)上で移動させる。好ましい実施形態では、3つの速度を走査速度用に設けることができる。ボールねじアセンブリ(32)は均一な送りを可能にする。基板(15)を完全に横切った後、LEDはオフに切り替えられ、走査スライド(50)は待機位置に移動する。この場合、コリメーション角度はZモータ(34)の歯形ベルトによって駆動される4つのZねじ(33)によって設定される。
図6A〜図6Cに示される好ましい実施形態では、UVコリメーション光学装置は水冷をもつ基部板(17)を含む。UV LEDモジュール(19)は、12.5mmのラスタレンズ(14)の上方にある基部板(17)上に各々8つのLED(16)からなる2つの列の中に取り付けられる。図のLEDモジュール(19)の下に、アルミニウムから製作されたレンズフレーム(20)がある。アクリルガラスから製作された多レンズ板(14)はレンズフレーム(20)のミリングされた部分に配置される。
複数の非球面レンズ(14.5)はアクリルガラスの多レンズ板(14)に組み込まれる。各非球面レンズ(14.5)はLED(16)に対して中央にあるように配置される。非球面レンズ(14.5)はLEDの投影に最適なように計算された形状を有する。縮尺比率は約1:15である。
1つまたは複数の開口細片(図示せず、図4および図9の(39)参照)がレンズフレーム(20)に固定され、細片の一方の側が後で説明される較正方法の値から計算された外形を有する。開口細片(39)はUV LED(16)の光線経路中に部分的に配置され、UV放射光の一部を遮断し、その結果、残りの放射光が±5%の均一性を有する。埋込み型多レンズ板(14)をもつアルミニウムフレーム(20)のLEDからの間隔はウェッジスライド(18)によって変更される。間隔の変更により、レンズを通過した後のUV放射光の出射角度は1.5°と10°との間で変化する。この変更はプログラム制御を使用してモータ(21)によって行われる。走査スライド(50)は、ボールねじ駆動アセンブリ(32)およびモータ(31)によって露光フレーム(60)に対して移動することができる(図5参照)。走査スライド(50)は、波形ガイド(56)によって一方の側で誘導され、キャスタアセンブリ(58)によって他方の側で支持される。
図7A〜図7Dは本発明の好ましい実施形態を示す。本実施形態は2つの側面に構成要素をもつUV LEDモジュール(19)を含む(図7B参照)。一方の側面(図7C)はLED(16)が取り付けられる。他方の側面(図7D参照)は熱伝導接着剤を利用して中間に固定された冷却板(25)を有する。図示の実施形態では、板(25)の6つのねじ式レセプタクル(47)がねじ式ファスナ(図示せず)によって基部板(17)に固定するのに役立つ。図7Aに示されるように、ラスタレンズフレーム(20)はUV LEDモジュール(19)のLED(16)から約0.1mmに配置される。
各LED(16)は並列のZダイオードによって電気的に保護される。LEDの停止/障害に際して、グループの残りの7つのLEDの電流の流れはZダイオードを通して導かれる。電気接続(図示せず)は冷却板(25)の外側にある細片の他の側(図7D参照)にある。2×8のLEDを含むグループ用の2つの定電流制御は反対の細片上に構成される。LEDのモジュールおよび位置決めはモジュールが所望のとおりに並ぶように計算される。
図8は光要素(36)をもつ較正装置(37)の好ましい実施形態を示す。光要素(36)は変位モータ(図示せず)によって図示のように較正装置(37)の長さに沿って移動可能である。図示の実施形態では、UV LED(16)の放射光パターンの全幅が光要素(36)下を移動するように走査スライド(50)は前後に移動される。続いて、光要素(36)は較正装置(37)の長さに沿って移動される。UV細片の平均放射光密度が2mmのラスタをもつ細片の形態で測定される。この値はコンピュータプログラムによって測定され、細片開口の外形が記述される。この細片開口はミリングされ、位置決めピンを利用してUV LEDの光線経路中に固定される。図9を参照されたい。図示の較正装置(37)を利用する他の較正方法は、本説明および本図に鑑みて当業者には周知であり、本発明内で実行可能である。
図10は本発明の概略斜視図を示し、すべての小型UV放射光源LED(16)のUV放出光ビームがラスタ板(14)のレンズ(14.5)でコリメートされ、その後そのビームは基板(15)を照射する。
多数の変形および変更が本明細書で説明された本発明の実施形態において可能である。本発明のある例示的実施形態が本明細書で示され説明されたが、広範囲の変更、改変、および置換が先の開示で企図されている。いくつかの例では、本発明のある機能は対応する他の機能を使用することなく利用することができる。したがって、先の説明が広義に解釈され、例証および例示によって与えられるものとしてのみ理解され、本発明の趣旨および範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが適切である。
Claims (29)
- 感光性重合体で被覆された基板上にパターンをフォトリソグラフィ転写するためのコリメートされたUV放射光を生成するプロセスであって、
(a)UV放射光が、対応する短いコリメーション光学装置を利用してコリメートされる複数の小型UV放射光源を設けるステップと、
(b)前記小型UV放射光源を支持板に取り付けるステップと、
(c)前記支持板を走査スライド上に取り付け、前記基板の両辺のうちの一方と平行に前記走査スライドを移動させることによって前記基板を露光するステップと
を含むプロセス。 - 前記小型UV放射光源の各々がレンズを利用してコリメートされる、請求項1に記載のプロセス。
- 前記レンズのすべてが多レンズ板に取り付けられる、請求項2に記載のプロセス。
- 前記多レンズ板がクリーンルームの品質に応じてコリメーション角度を1°と10°との間に固定した、請求項3に記載のプロセス。
- 前記多レンズ板が、前記多レンズ板と通信する電動調整器によって1°と10°との間で変更される調整可能なコリメーション角度を有する、請求項2に記載のプロセス。
- 前記コリメーション角度の調整が所定のジョブパラメータに従ってプログラム制御下で行われる、請求項5に記載のプロセス。
- 前記小型UV放射光源が多アームUV液体ライトガイドの出力である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記小型UV放射光源がUV LEDの出力である装置を含む、請求項1に記載のプロセス。
- (a)UV放射光を生成するための水銀ショートアークランプおよび前記UV放射光を焦点で集束させる楕円体と、
(b)前記焦点を越えて配置されたレンズラスタ板上に前記UV放射光を偏向させる誘電体UVミラーと、
(c)前記UV放射光を分割し、前記構成要素をなす分割ビームを多アームUV液体ライトガイドの入力上に集光させる前記レンズラスタ板と、
(d)前記UV放射光を低損失で走査スライド上に伝送する前記多アームUV液体ライトガイドと、
(e)前記多アームUV液体ライトガイドから放出された前記UVビームを小型UV放射光源支持板上に分配する分配光学部品と
を備える、請求項7に記載の装置。 - 前記水銀ショートアークランプ、ランプ電源ユニット、および前記誘電体UVミラーが別個のハウジングに取り付けられる、請求項9に記載の装置。
- 前記別個のハウジングが小型UV放射光源支持板環境から離れた環境に配置される、請求項10に記載の装置。
- 前記小型UV放射光源支持板環境がクリーンルームであり、前記別個のハウジングが前記クリーンルームの外に配置される、請求項11に記載の装置。
- UVダイオードが、前記基板の小さい辺よりも大きい長さをもつ少なくとも1つの列に配置される、請求項8に記載の装置。
- 前記列の長さおよび走査方向に対して45°だけ回転された辺を有する正方形を形成するように、前記UV LEDが1、4、8、12、または16個のLEDからなるクラスタに配置される、請求項13に記載の装置。
- 各クラスタの前記UV放射光エネルギーが前記基板上で均一な値を形成するためにその隣接するクラスタの放射エネルギーに付加されるように、各正方形の対角線が前記コリメーションレンズによって前記UV LEDクラスタの間隔の2倍に拡大される、請求項14に記載の装置。
- 前記各クラスタの対角線が2×前記クラスタの間隔/列の数という式を使用して計算される値に前記コリメーションレンズによって拡大された状態で、前記UV LEDクラスタ列が少なくとも2つの列に配置され、各列が前記クラスタの間隔/列の数という式を使用して計算される値だけ隣接する列から移されている、請求項14に記載の装置。
- 前記支持板がヒートシンク板をさらに備える、請求項8に記載の装置。
- 前記ヒートシンク板が水冷手段を使用して冷却されるヒートシンクを含む、請求項17に記載の装置。
- 前記ヒートシンク板が好ましくは6℃の最低温度に達するまで前記冷却が制御されていない、請求項18に記載の装置。
- 前記走査スライドが前記基板上を移動するとき、前記UV LEDは制御可能であり、前記基板の意図した領域だけを露光するようにプログラムされた態様でオンオフすることができる、請求項8に記載の装置。
- 前記基板上のUV露光の強度が走査速度および前記UV LEDへの電流を制御することによって制御可能である、請求項8に記載の装置。
- (a)複数の一定速度が、これらの速度に最適なPIDパラメータを使用するハードウェアを利用して決定され、関連する設定速度を与えるために前記決定された速度が好ましくは0.8の固定低減率だけ減速され、かつ設定速度を選択的に切り替えることができる、制御プログラムを供給するステップと、
(b)レジスト/ソルダマスク基板がこの速度で露光される場合、最適のUV露光エネルギーが生成されるように前記レジスト/ソルダマスク基板用の設定速度を選択するステップと、
(c)それによって引き起こされたどんな過剰露光も前記UV LEDへの電流を適切な値に調整することによって制御するステップと
を含む、請求項21に記載の装置においてUV露光の強度を制御するプロセス。 - 高感度レジストの場合、前記速度が機構の安定性によって規定される値に制限され、前記UV露光エネルギーの調節が、FV=機械的に可能な最大走査スライド速度/適切なUV露光エネルギーに対して計算された走査スライド速度という式を使用して計算される前記UV LED電流制御の追加の減少率FVを介して行われ、次に、前記UV放射光が合計の率0.8×FVを使用して電流制御によって低減される、請求項22に記載のプロセス。
- モータによって前記走査スライドに対して横向きに移動することができる較正スライド上に取り付けられた測定用センサしてのUV光要素を備える較正機構を含み、前記較正スライドが露光区域の外にある露光フレームの領域に取り付けられ、一方、前記走査スライドの全幅は前記較正スライドのUV光要素上を移動することができる、請求項18に記載の装置。
- 前記小型UV放射光源のUV放射光が、測定されたUV放射光プロファイルを与えるように前記較正スライドを段階的に調整することおよびそれぞれその後で前記走査スライドが前記UV光要素上を移動することによって細片の形態で測定可能である、請求項24に記載のプロセスおよび装置。
- 前記測定されたUV放射光プロファイルを使用して、前記UV光線経路中に横から入れられたとき遮断することによって前記露光の均一性を改善する開口が生成される、請求項25に記載の装置。
- 前記UV露光エネルギーの均一性を改善するのに開口として使用されるミリングされた部品を生成するために顧客プラントで使用されるプリント回路基板ミリング装置で実行することができるミリングプログラムを生成するように前記測定されたUV放射光プロファイルがコンピュータプログラムによって処理される、請求項25に記載のプロセス。
- 前記開口が板材、好ましくは二重クラッドFR4/1.5mmで製作される、請求項27に記載のプロセス。
- 待機位置の前記走査スライドに対して、オンに切り替えられた後の前記LEDの温度上昇ごとに前記UV放射光が前記光要素で測定され、設定速度と、熱誘導、露光強度変化を補償するLED電流とを決定するのに有用な測定値を含む測定されたUV放射光プロファイルが与えられる、請求項25に記載のプロセス。
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