JP2012145869A - 露光方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】LED光源において使用するLED素子数を削減し、小型で低コストで、短時間に十分な光量を獲ることができる露光用光源を提供する。
【解決手段】
露光装置を、露光光を発光する露光用光源手段と、露光用基板を載置して平面内で移動可能なテーブル手段と、テーブル手段と露光用光源手段とを制御する制御手段とを備えて構成し、露光用光源手段は複数の発光素子を2次元に配列した光源部を備え、制御手段は、露光用光源手段でテーブル手段に載置された露光用基板を所定の時間内に所定の露光総光量で露光するときに、光源部を制御してこの光源部から複数のパルス光を順次照射条件を変えながら発光させて露光用基板に照射するように構成した。
【選択図】図1A

Description

本発明は、マスクに描かれた回路パターンを基板に露光するために用いられる露光方法及びその装置に関する。
従来、露光装置は、超高圧水銀灯を光源として使用していた。そして、該超高圧水銀灯から照射された光によって露光台に固定された基板に回路パターンを露光していた。
しかし超高圧水銀灯は、一般に寿命が短い。そのためユーザは、交換作業、および交換に伴う光量調整作業を頻繁に行わなければならず、手間がかかるという問題があった。また超高圧水銀灯は、電源を入れた後、安定した光量の光が照射されるようになるまで時間がかかるため、装置の起動後すぐに露光動作を開始することができない。さらに超高圧水銀灯は、安定した光量の光が照射されつづけるように常時点灯しておく必要があるため、消費電力がどうしても大きくなってしまうという問題もあった。
また、基板露光面に高精細な回路パターンを露光するために、露光装置は、露光台全域を隙間なく略均一な積算露光量で露光できることが望ましい。そのため、従来の露光装置では、定期点検時などに、光源から照射される光量を検出して、該光量が所定の許容範囲内にあるように光量調整を行っていた。しかし、定期点検中は、必然的に基板生産ライン全体を停止しなければならず、効率の悪さが指摘されていた。さらに、該調整では、点検時に検出された光量変化に対する調整は可能ではあるが、実際の露光工程中における光量の変化、例えば、光源の経時的劣化に伴う光量損失等を検出して適切な補償を行うことができないといった問題点があった。
この課題を解決する方法として、例えば特許文献1に記載されているような複数のLEDを2次元的に配置した光源を用いた露光装置用光源システムを用いて、フォトマスクを介して感光剤が塗布された基板をプロキシミティ露光することが記載されている。
また、特許文献2には、複数のLEDを光源とする照明装置において、LEDを100%未満のデューティ比で駆動することにより放熱効果を向上させて発光効率を上げることが記載されている。
特開2003−98678号公報 特開2005−150774号公報
特許文献1に記載されているLEDを光源とした露光装置用光源システムにおいては、光源を従来のランプを用いた方式から複数のLEDを2次元的に配列した構成に変えることにより簡素で安価な装置を実現できるが、光源の消費電力を抑え、光源の光量の変動に対応することについては配慮されていない。
また、特許文献2に記載されている複数のLEDを光源とする照明装置においては、LEDを100%未満のデューティ比で駆動することにより放熱効果を向上させて発光効率を上げることが記載されていても、露光装置として必要な、この発光効率を上げた状態で1露光時間内に必要な露光量を確保することについては記載されていない。
本発明は、上記した従来の技術の問題点に鑑み、ユーザの負担を軽減し、消費電力を抑え、いつでもすぐに最適な光量に調整した光を用いて基板の露光をすることができ、かつ小型で、低コストな露光方法及びその装置を提供するものである。
上記した課題を解決するために、本発明では、露光装置を、露光光を発行する露光用光源手段と、感光剤が塗布された露光用基板を載置して平面内で移動可能なテーブル手段と、テーブル手段と露光用光源手段とを制御する制御手段とを備えて構成し、露光用光源手段は複数の発光素子を2次元に配列した光源部を備え、制御手段は、露光用光源手段でテーブル手段に載置された露光用基板に塗布された感光剤を所定の時間内に所定の露光総光量で露光するときに、光源部を制御してこの光源部から複数のパルス光を順次照射条件を変えながら発光させて露光用基板に塗布された感光剤を露光するように構成した。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、露光装置を、露光光を発光する露光用光源手段と、感光剤が塗布された露光用基板を載置して平面内で移動可能なテーブル手段と、テーブル手段と露光用光源手段とを制御する制御手段とを備えて構成し、露光用光源手段は複数の発光素子を2次元に配列した光源部を備え、制御手段は、露光用光源手段でテーブル手段に載置された感光剤が塗布された露光用基板を所定の露光総光量で露光するときに、光源部を制御して光源部からパルス光を感光剤が塗布された露光用基板に1回照射することにより所定の露光総光量で露光用基板に塗布された感光剤を露光するように構成した。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、複数の発光素子を2次元に配列した光源部から発光した露光光をマスクを介して感光剤が塗布された露光用基板に照射してこの露光用基板の表面に塗布された感光剤を所定の時間内に所定の露光総光量で露光する露光方法において、複数の発光素子を2次元に配列した光源部から複数のパルス光を順次照射条件を変えながら発光させてマスクを介して露光用基板に照射することにより光源部の温度の上昇を抑制しながら所定の時間内に所定の露光総光量で露光用基板に塗布された感光剤を露光するようにした。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、複数の発光素子を2次元に配列した光源部から発光した露光光をマスクを介して露光用基板に照射してこの露光用基板の表面に塗布された感光剤を所定の時間内に所定の露光総光量で露光する露光方法において、 複数の発光素子を2次元に配列した光源部からパルス光を1回発光させてマスクを介して露光用基板に照射することにより光源部の温度の上昇を抑制して所定の時間内に所定の露光総光量で露光用基板に塗布された感光剤を露光するようにした。
本発明によれば、露光総光量を確保しつつ光源の温度の上昇を抑制することができるLED露光光源を採用することにより、ユーザの負担を軽減し、消費電力を抑え、いつでもすぐに最適な光量に調整した光を用いて基板の露光をすることができ、かつ小型で、低コストな露光装置を提供することが可能になった。
本発明の第1及び第2の実施例に係る露光装置の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の第1及び第2の実施例に係る露光装置の光源ブロックとマスク、ガラス基板および露光台の概略の構成を示す側面図である。 本発明の第1及び第2の実施例に係る露光装置の動作フローを示すフロー図である 本発明の第1の実施例に係る露光装置の露光光量の条件を示すグラフである。 本発明の第1の実施例に係る露光装置で露光した場合のLED光源の温度変化を示す図である。 本発明の第1の実施例に係る露光装置で露光する場合の1露光時間内のパルス光の露光強度の変化を示すグラフである。 本発明の第1の実施例に係る露光装置で露光する場合の1露光時間内の露光強度変化の変形例を示すグラフである。 本発明の第1の実施例に係る露光装置で露光する場合の1露光時間内のパルス光の露光強度の変化を示すグラフである。 本発明の第2の実施例に係る露光装置での露光光量の条件を示すグラフである。 本発明の第2の実施例に係る露光装置での温度変化を示すグラフである。
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、本発明の第1の実施形態による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、被露光体であるガラス基板の感光面に平行な、互いに直交する2方向をX軸およびY軸、露光光束がガラス基板に垂直に入射する方向をZ軸と定義している。また、X軸、Y軸、Z軸についてはそれぞれ図1で矢印で示した方向をそれぞれ正としている。
本実施形態の露光装置1は、光源ブロック2、露光台8、LED点灯手段12、テーブル駆動手段18、基板挿抜ユニット制御手段19、コントローラ10、メモリ11を有する。
光源ブロック2は、紫外線LED21をXY平面上に所定間隔をおいて2次元に配列して全体では面光源として機能するLED光源22と、LED光源22で発生した熱を放熱する放熱部23と、LED光源22の温度を測定する温度センサ24を備えて構成されている。
LED光源22は、LED21と集光レンズ25及びLED配線基板26を備えて構成されている。
光源ブロック2を構成する2次元に配置された紫外線LED21のそれぞれは別個に点灯/消灯が可能であり、コントローラ10はLED点灯手段12に対して各LED21の点灯の有無、点灯時間と点灯輝度を設定する。LED点灯手段12は各LED21の輝度制御、オンオフ制御を行ない光源ブロック2からマスク4を介してガラス基板3に照射される光束の光量と照射時間を任意に設定することができる。なお、LED点灯手段12の点灯制御はコントローラ10によって行われる。
露光台8は光源ブロック2にZ軸方向に並列に設置されており、ガラス基板3が取り付けられる露光面8aはXY平面に平行である。また、露光台8はテーブル駆動手段18によってX軸およびY軸方向に駆動される。露光台8の位置を移動させることにより、光源ブロック2に対する露光台8の相対位置を変更することができる。
また、露光装置1は基板挿抜ユニット(ハンドリングロボット)9を備えており、基板挿抜ユニット制御手段19で制御されて露光台8が光源ブロック2から離れた退避状態にあるときに、図示していない基板ストッカからガラス基板3を取出して露光台8の露光面8a上に設置したり、或いは露光面8a上に載置されているガラス基板3を取り出して図示していない基板ストッカに収納させることができる。
また、露光が行われるガラス基板3の光源ブロック2側の面には感光剤が塗布された感光面として構成されている。また、このガラス基板3の感光面には所定のパターンが形成されたマスク4が0.05mmから1mmの空気層を挟んで露光装置1に保持されている。このマスク4を介してガラス基板3に光源ブロック2からの光束を照射して感光面を露光することにより、マスク4に形成されたパターンがガラス基板3の感光面に転写される(プロキシミティ露光)。
マスク4のサイズに対してガラス基板3のサイズが大きいときには1回の露光で感光剤が塗布されたガラス基板3の全面を露光することができないので、テーブル駆動手段18で露光台8を駆動して感光剤が塗布されたガラス基板3の露光領域をステップ送りで移動させて順次露光することにより感光剤が塗布されたガラス基板3の全面を露光してマスク4のパターンをガラス基板3の感光面に転写することができる。
なお、本実施形態においてはマスク4とガラス基板3とが離れる構成としているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、マスク4がガラス基板3の感光面上に密着した構成としても良い。この場合には、ガラス基板3の感光面が密着露光されてマスク4のパターンが感光面に転写される。
また、マスク4とガラス基板3とのギャップを広げてマスク4とガラス基板3との間に縮小投影レンズを介在させることによりマスク4に形成されたパターンをガラス基板3の感光面に縮小投影露光することができる。
コントローラ10は、光源ブロック2、LED点灯手段12、テーブル駆動手段18、基板挿抜ユニット制御手段19のそれぞれを制御すると共に、メモリ11に記録された点灯条件を読み出し、光源ブロック2を構成する複数の紫外線LED21のそれぞれについての点灯時間、輝度を制御する。各紫外線LED21の点灯条件はメモリ11に記憶される。
なお、図1に示した構成においては、光源ブロック2を固定して露光台8をX−Y方向にステップ移動させてガラス基板3の全面を順次露光する構成で説明したが、露光台8を固定して光源ブロック2をX−Y方向にステップ移動させてガラス基板3の全面を順次露光するように構成してもよい。
以上のように構成された本実施形態の露光装置1を用いた、露光手順を図2を用いて説明する。
図2は本実施形態の露光装置1を用いてガラス基板3の感光面にマスク4に形成されたパターンを露光して転写する処理の流れを示すフロー図である。露光装置1の電源が投入されると最初にステップS101において、各紫外線LED21に電源を投入して各紫外線LED21の光量を図示していない光量センサを用いて測定し、故障により正常な光量で点灯しなくなった不良LEDの確認や、露光台8の退避などの各種初期設定が実行される。次いでステップS102に進む。
ステップS102ではこれから露光を行うべき基板3が図示していない基板ストッカにあるかどうかの判定が行われる。すなわち、露光を行うべき基板3が基板ストッカに残っていれば(S102:YES)ステップS103に進み、露光を行うべき基板3がなければ(S102:NO)本ルーチンを終了する。
ステップS103では、あらかじめ記録された露光条件をメモリ11から呼び出して光源ブロック2を構成する複数の紫外線LED21のうち、どのLEDをどの条件で点灯させるのか条件設定を行なう。
次いで、ステップS104に進む。ステップS104では、コントローラ10は基板挿抜ユニット制御手段19で基板挿抜ユニット9を制御してガラス基板3を図示していない基板ストッカから取出して露光台8の露光面8aの上に取り付ける。次いで、ステップS105に進む。
ステップS105では、コントローラ10はテーブル駆動手段18を制御して、ステップS103で決定したLED点灯領域の直下に基板3の露光すべき領域が来るように露光台8を移動させる。次いで、ステップS106に進む。
ステップS106では、LED点灯手段12がステップS103で決定されたLED21を所定時間、所定光量にて点灯、消灯を制御し、マスク4を介して感光剤が塗布されたガラス基板3の露光(プロキシミティ露光)を行う。
次いで、ステップS107に進む。ステップS107ではメモリ11に記憶された各LED21の累計点灯時間に、ステップS106でのLED点灯時間を加算し、各LED21ごとの累計点灯時間データの更新を行う。
次いで、ステップS108に進む。ステップS108では、コントローラ10はテーブル駆動手段18を制御して露光台8を光源ブロック2から退避させ、基板挿抜ユニット9がガラス基板3を露光台8から取り出せるようにする。
次いで、ステップS109に進む。ステップS109では、コントローラ10は基板挿抜ユニット制御手段19で基板挿抜ユニット9を制御して、露光の完了したガラス基板3を露光台8から取り出して図示していない基板ストッカに収納する。次いでステップS102に戻り、図示していない基板ストッカ内に他に露光すべきガラス基板があればステップS103−S109の処理を続けて行う。
図3は図2のステップS103における露光条件を示したものである。
被露光体である感光剤が塗布されたガラス基板3に照射される露光光量は、1回の露光時間T0を4つのパルス状の露光光の照射に分割して各パルス状の露光光による露光時間Ti(i=1,2…) と各パルス状の露光光の露光強度Ai(i=1,2…)の積で表され、露光総光量は各パルス状の露光光の光量の和で表される。従って、図3に示した1回の露光時間T0における露光総光量Sは、S=A1×T1+A2×T2+A3×T3+A4×T4 となる。
ここで、各パルス状の露光時間Tiは0.1sから20s程度の時間である。パルス状の露光時間Tiと次のパルス状の露光時間Ti+1の間の非露光時間UTiは0.1sから20s程度である。露光装置1においては、LED光源22はLED光源22に接続された放熱部23を通して水冷又は空冷による強制冷却を行なっているためにLED光源22の温度の上昇を放熱部23で強制冷却を行わない場合に比べて抑制することが可能である。
また、LED光源22の温度は配線基板26の裏面に設置した複数の温度センサ24によって監視している。
露光強度Aiについては、LED光源22の各LED21への投入電力に比例することから、電流を制御して投入電力をコントロールすることで、制御する。
LED21は、固体半導体素子であり、各LED21への投入電力のうち発光に使われるエネルギーの割合(発光効率)は50%以下で、残りのエネルギーは熱となる。また、固体半導体素子は温度上昇とともに発光効率が低下する特性をもつことから、LED21が低温で駆動できれば、高い発光効率で作動させることが可能になる。これにより、LED光源22は投入電力を低減することができ、温度上昇を抑制することも可能となる。
LEDのON/OFFを周期的に繰返しながら露光を行うことによりLEDの温度上昇を抑制することが期待できるが、この効果を確認するために、LED21のON/OFFの周波数を50Hzと1Hzにした場合について調べた。その結果を図4に示す。図4のグラフは、デューティ比0.5で、露光時間4秒間にて露光総光量が一定になる条件でLED21のON/OFFの周波数を50Hzにした場合に温度センサ24で検出した温度変化を点線で示し、LED21のON/OFFの周波数を1Hzにした場合に温度センサ24で検出した温度の変化を実線で示している。LED21のON/OFF時間サイクルを50Hzにした場合と比べて、1Hzにした場合にはOFF時に温度低減効果が見られ、ON/OFF時間サイクルを50Hzにした場合と比べてLED光源22の温度上昇を約30%低減できることが示された。これまでの実験からLED21のON/OFFの周波数と温度抑制効果の関係は、LED21のON/OFFの周波数が上昇するとともに効果が低下するが、10Hz以下の周波数では温度抑制効果が現れることが確認された。
また、図4では、露光強度Ai、露光時間Tiを一定としているが、図5に示すように露光強度を徐々に低減させるように変化させることでもLED光源22の温度上昇の抑制効果を向上させることができる。
また、図3では点灯と消灯を繰り返している例を示したが、消灯時間UTiを設けずに、図6Aに示すように露光光量を階段状に低減させるように変化させることによる露光条件であっても良い。
更に、図6Bに示すように、図3で説明した各パルス状の照射ごとに照射時間を変えることと図5で説明した各パルス状の照射ごとに露光強度を変えることとを組合せて、最初のパルス状の照射では照射時間T61を短くして強い露光強度の露光光を照射し、順次パルス状の照射ごとに照射時間をT62,T63・・T65と徐々に長くすると共に露光強度を徐々に低くして露光することで1露光時間T0内の露光総光量Sを満たすような照明方式を採用することによってもLED光源22の温度の上昇を抑制することが可能である。
すなわち、所定の時間内に露光総光量Sを満たすような露光条件であれば、点灯と消灯の繰り返しに制限はない。
以上のように本実施形態の露光条件によれば、LEDの温度上昇が抑えられることから、光源の放熱部23の構造の簡略化が可能となる。
また、温度センサ24の温度上昇データと露光条件をメモリに送り、温度上昇を低下させる露光条件を演算することで、その結果をコントローラによるステップS103の露光条件に適用するフィードバック演算を加えることでLED光源22の温度調節の自動化が可能となる。
本実施例では温度条件を一定とするように露光条件をフィードバックさせているが、被露光体の露光特性を測定し、メモリーに送り、ステップS103の露光条件を変化させるフィードバック演算をすることで、被露光体である感光剤が塗布されたガラス基板3の露光特性を一定としたLED光源の露光条件自動化が可能となる。
さらには、各LEDごとに露光条件を設定することにより、被露光体である感光剤が塗布されたガラス基板3のエリアごとに異なる露光条件での露光が可能となる。
このことにより、被露光体の特性にあわせて露光光量の調整ができるために、異なる特性を持つ被露光体の感光剤が面内に塗布されたガラス基板であっても、一度の露光において同時に処理することが可能となる。
本発明の実施例2による露光装置について説明する。本実施例における露光装置の構成は実施例1で説明した図1に示した構成と同様である。
また、本実施例における露光装置の動作フローは図2に記載された実施例1で説明したフローと同様である。動作フローのステップS103における露光条件を図7に示す。図8には、図7に示した露光条件時でLED光源22を点灯した場合に温度センサ24で測定された温度の変化を示している。
図7に示したグラフは、ステップS103における露光を1パルスにおいて行なった例である。1パルスの通電時間を瞬時点灯とすることで、露光強度が大きいため総露光光量は、被露光体である感光剤が塗布されたガラス基板3に必要な露光光量に達している。図7のグラフでは1パルスの照射時間を0.8秒で説明しているが、ガラス基板3に塗布された感光剤にダメージを与えない範囲でこれよりも短い時間に設定しても良い。一方、図8からLED光源の温度上昇は上限温度に達していない。これにより短時間での1パルス露光により、露光時間の短縮が可能となる。
または、露光時間を長くすることなく、LED光源22のLED21総数の削減することが可能となる。
LED数の削減によってLEDを搭載する基板の実装面積が小さくなることで、光源の小型化が可能であり、さらにはLEDの部材費が低減できるために低コスト化が可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1・・・露光装置 2・・・光源ブロック 3・・・ガラス基板、被露光体
8・・・露光台 8a・・・露光面 9・・・基板挿抜ユニット 10・・・コントローラ 11・・・メモリ 12・・・LED点灯手段 18・・・テーブル駆動手段 19・・・基板挿抜ユニット制御手段 21・・・紫外線LED 22・・・LED光源 23・・・放熱部 24・・・温度センサ 25・・・ 集光レンズ 26・・・LED配線基板

Claims (13)

  1. 露光光を発光する露光用光源手段と、
    感光剤が塗布された露光用基板を載置して平面内で移動可能なテーブル手段と、
    前記テーブル手段と前記露光用光源手段とを制御する制御手段と
    を備えた露光装置であって、
    前記露光用光源手段は複数の発光素子を2次元に配列した光源部を備え、
    前記制御手段は、前記露光用光源手段で前記テーブル手段に載置された前記露光用基板に塗布された感光剤を所定の時間内に所定の露光総光量で露光するときに、前記光源部を制御して該光源部から複数のパルス光を順次照射条件を変えながら発光させて前記露光用基板に塗布された感光剤を露光する
    ことを特徴とする露光装置。
  2. 前記複数の発光素子は、点灯時間と点灯輝度がともに可変であり、前記制御手段は前記複数の発光素子を任意の点灯パターンにて前記複数のパルス光を順次照射条件を変えながら発光させることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 前記光源部の複数の発光素子が紫外線LEDまたは紫外線LDの何れかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置。
  4. 前記制御手段は、前記複数の発光素子を切り替え周波数10Hz以下で点灯輝度を切り替えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の露光装置。
  5. 露光光を発光する露光用光源手段と、
    感光剤が塗布された露光用基板を載置して平面内で移動可能なテーブル手段と、
    前記テーブル手段と前記露光用光源手段とを制御する制御手段と
    を備えた露光装置であって、
    前記露光用光源手段は複数の発光素子を2次元に配列した光源部を備え、
    前記制御手段は、前記露光用光源手段で前記テーブル手段に載置された前記露光用基板に塗布された感光剤を所定の露光総光量で露光するときに、前記光源部を制御して該光源部からパルス光を前記感光剤が塗布された露光用基板に1回照射することにより前記所定の露光総光量で前記露光用基板に塗布された感光剤を露光する
    ことを特徴とする露光装置。
  6. 前記光源部の複数の発光素子が紫外線LEDまたは紫外線LDの何れかであることを特徴とする請求項5記載の露光装置。
  7. 複数の発光素子を2次元に配列した光源部から発光した露光光をマスクを介して露光用基板に照射して該露光用基板の表面に塗布された感光剤を所定の時間内に所定の露光総光量で露光する露光方法であって、
    複数の発光素子を2次元に配列した光源部から複数のパルス光を順次照射条件を変えながら発光させて前記マスクを介して前記露光用基板に照射することにより前記光源部の温度の上昇を抑制しながら前記所定の時間内に前記所定の露光総光量で前記露光用基板に塗布された感光剤を露光することを特徴とする露光方法。
  8. 前記複数の発光素子を2次元に配列した光源部から発光した露光光をマスクを介して前記露光用基板に照射して該露光用基板の表面に塗布された感光剤をプロキミティ露光することを特徴とする請求項7記載の露光方法。
  9. 前記複数のパルス光の照射条件を順次変えることを、前記複数の発光素子の点灯時間と点灯輝度の少なくとも何れか一方を順次変化させることにより行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の露光方法。
  10. 前記露光光が紫外線であることを特徴とする請求項7乃至9の何れかに記載の露光方法。
  11. 前記複数のパルス光の照射条件を順次変えることを、切り替え周波数10Hz以下で行うことを特徴とする請求項7乃至10の何れかに記載の露光方法。
  12. 複数の発光素子を2次元に配列した光源部から発光した露光光をマスクを介して露光用基板に照射して該露光用基板の表面に塗布された感光剤を所定の時間内に所定の露光総光量で露光する露光方法であって、
    複数の発光素子を2次元に配列した光源部からパルス光を1回発光させて前記マスクを介して前記露光用基板に照射することにより前記光源部の温度の上昇を抑制して前記所定の時間内に所定の前記露光総光量で前記露光用基板に塗布された感光剤を露光することを特徴とする露光方法。
  13. 前記露光光が紫外線であることを特徴とする請求項12に記載の露光方法。
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