JP2020016758A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ランプから放射された紫外光を含む光を被照射物（フォトレジストが表面に形成された基板）に照射する紫外線装置において、基板のパターニング波長であるｇ線、ｈ線、ｉ線の照度が同一であっても、基板の表面状態にばらつきが生じるため、表面状態が均一な基板（フォトレジスト）を作製することができなかった。【解決手段】基板に照射される光の分光スペクトルを測定する分光スペクトル測定手段を備え、分光スペクトル測定手段は、測定する光のｇ線、ｈ線、ｉ線以外の分光スペクトルを測定することで、基板の表面状態を推測する。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板や液晶ディスプレイ基板などの各種基板に紫外線を照射する紫外線照射装置に関し、特にフォトマスクや光変調素子アレイなどを用いて、フォトレジスト（感光材料）を表面に形成した基板に対して、パターンを照射する紫外線照射装置に関する。

例えばプリント配線板の製造工程において用いられる紫外線照射装置では、光源から放射された光が照明光学系を通ってフォトマスクや光変調素子アレイなどに導かれる。フォトマスクや光変調素子アレイを透過、あるいは反射した光は、投影光学系によって基板表面上に結像し、パターン光が基板に照射される。光源は、例えば紫外光を放射する放電ランプを適用することが可能である。

基板の表面に形成されたフォトレジストの感光波長領域は、一般にｇ線（４３６ｎｍ付近）、ｈ線（４０５ｎｍ付近）、ｉ線（３６５ｎｍ付近）の少なくとも一つを含んだ波長領域である。そのため、放電ランプから放射される光のようなｇ線、ｈ線、ｉ線にそれぞれピーク（輝線）をもち連続的で広範囲の分光スペクトル（光強度分布）を有する光がフォトレジストに照射され、パターンが形成される。

そのため、従来の紫外線照射装置では、同一のレジストパターンを安定して形成するために、放電ランプから放射される光のピークのうち、フォトレジストの感光波長領域に含まれるピーク（波長）の照度を測定する。さらに、その照度をもとに放電ランプへの供給電力を調整して定照度点灯制御を行う。（例えば、特許文献１参照）

再表２０１４−１６７４０６

従来の紫外線照射装置のようにピーク（波長）の照度を検知することによって、レジストパターンを安定して形成することができるが、現像後にフォトレジストを観察すると、フォトレジストの表面に光沢が生じるなど、フォトレジストの表面の平滑性が異なる場合があった。

フォトレジストの表面に光沢が生じる、すなわち表面の平滑性が高いと、例えば積層基板の層間絶縁のためのフォトレジストでは、次層の導通層の接着性が低下し、回路の断線のおそれが生じる。また、ソルダーレジストでは、ソルダーレジストの見た目がロットによって変わることで、露光状態（パターニング状態）が異なると顧客が誤解するおそれがあるなど、品質上の問題がある。

さらに、フォトレジストの表面を確認できるのはエッチング後であり、エッチング結果がでるまでフォトレジストの表面状態の変化に気付かず基板を作製し続けてしまう問題があった。

よって本発明は、基板への紫外線照射段階で、基板の性能や基板の見た目に影響を与えるフォトレジストの表面状態を推測することができる紫外線照射装置を提供し、レジストの表面状態の変化に迅速に対応することを可能とすることを目的とする。

本発明に係る紫外線照射装置は、被照射物に紫外光を含む光を照射する紫外線照射装置であって、ｇ線、ｈ線、ｉ線に輝線を有し、連続的な光強度分布をもつ光を放射する光源と、光の分光スペクトルを測定するスペクトル分布測定手段を有し、スペクトル分布測定手段は少なくとも前記輝線以外の分光スペクトルを測定する。これにより、フォトレジストのパターニングには影響がない、または少ないものの、フォトレジストの表面状態に影響を与える波長領域の分光スペクトルを得ることができ、基板（フォトレジスト）に紫外線を照射したときに、フォトレジストの表面状態を推測することができる。これにより、レジストの表面状態の変化に迅速に対応することが可能になる。

また、分光スペクトル測定手段は被照射物の感光波長領域以外の波長領域の分光スペクトルを測定する。

また、分光スペクトル測定手段は、３００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域の分光スペクトルを測定する。この波長領域の光はフォトレジストの表面状態への影響が大きいことがわかっており、この波長領域の分光スペクトルを測定することで、フォトレジストの表面状態を推測することができる。さらに、フォトレジストの表面状態に影響を与える光は３００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域より広い波長領域、つまり３００ｎｍより短波長側の領域から可視光領域に渡って生じていることがわかっており、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域の分光スペクトルを測定することで、よりフォトレジストの表面状態を正確に推測することができる。

本発明に係る紫外線照射装置は、分光スペクトル測定手段より得られた分光スペクトルに基づいて光の分光スペクトルを調整する分光スペクトル調整手段を備える。これにより、フォトレジスト表面状態を制御することができる。

さらに、本発明に係る紫外線照射装置は、分光スペクトル測定手段より得られた分光スペクトルに基づいて光源を制御する制御部を備える。

本発明に係る紫外線照射装置の被照射物は、紫外光感光性のソルダーレジストが表面に形成されたプリント配線板である。

本発明によれば、フォトレジストの表面状態に影響を与える波長領域の強度を測定することで、基板（フォトレジスト）に紫外線を照射するときに、フォトレジストの表面状態を推測することができる。これにより、レジストの表面状態の変化に迅速に対応することができる。さらに、スペクトル分布測定手段の測定結果に基づいて分光スペクトルを調整する手段を備えることにより、均一な表面状態のフォトレジスト（基板）を効率良く作製することができる紫外線照射装置を提供することができる。

第１の実施形態である紫外線照射装置のブロック図である。 基板Ｗに照射される光の分光スペクトルを示した図である。 図２の基板Ｗに照射される光のパターニング波長領域を示した図である。 図２に基板Ｗの表面状態に異常が生じる光の分光スペクトルを追加した図である。 図４のパターニング波長領域付近を拡大した図である。 分光スペクトル調整手段１５を備えた照明光学系１２、および放電ランプ２０Ｄを備えた光源ユニット２０の構成の例を示した図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態である紫外線照射装置のブロック図である。

紫外線照射装置１０は、プリント配線板の製造装置に用いられる露光装置である。被照射物は表面にフォトレジストＰ（例えばソルダーレジスト）などの感光材料が形成されている基板Ｗである。

本実施形態では、紫外線照射装置１０は、フォトマスク１４を基板Ｗ（フォトレジストＰ）に密着させ、パターン光を基板Ｗに露光するコンタクト露光装置として構成されている。紫外線照射装置１０は、放電ランプ（図示せず）を備えた光源ユニット２０と、基板Ｗにパターンを露光するための露光ユニット１１と、ステージ４０とを備える。露光ユニット１１は、照度を均一化するインテグレータレンズ（図示せず）を含む照明光学系１２と、フォトマスク１４を備える。ステージ４０は上部に基板Ｗを載置し、ステージ駆動機構（図示せず）によって移動可能である。

紫外線照射装置１０は、基板Ｗを載置したステージ４０をステージ駆動機構（図示せず）によって所定の場所に移動させ、基板Ｗにフォトマスク１４を密着させる。照明光学系１２よりフォトレジストＰの感光波長領域（基板のパターニングに用いられる波長領域であり、例えば回路形成フォトレジストであれば回路形成に用いられる波長領域）を有する光をフォトマスク１４を介して基板Ｗに照射する。その後、基板Ｗよりフォトマスク１４を離間させ、ステージ駆動機構（図示せず）によってステージ４０ごと基板Ｗを移動させ、露光済みの基板Ｗを搬出する。

紫外線照射装置１０は、基板Ｗに照射される光のｇ線、ｈ線、ｉ線の少なくとも1つの照度（光量）を測定する照度測定手段１８を備える。なお、照度測定手段１８が照度を測定する輝線はフォトレジストＰの感光波長領域に応じた輝線であり、例えば、感光波長領域がｉ線を中心とした波長であれば、照度測定手段１８はｉ線の照度のみを測定していても良い。

紫外線照射装置１０は、ステージ４０の移動制御などの装置全体を制御するコントローラ５０を備える。コントローラ５０は、照度測定手段１８で測定された照度の変動を検知する。さらに、コントローラ５０は照度調整機能（図示せず）を備えており、照度測定手段１８で測定された照度に基づき、光源ユニット２０の放電ランプの入力電力の制御を行い、フォトマスク１４および基板Ｗに照射される光の照度が一定となるように調整する。

紫外線照射装置１０は、基板Ｗに照射される光の分光スペクトルを測定する分光スペクトル測定手段３０を備える。本実施形態では、照明光学系１２とフォトマスク１４との間の光路上に分光スペクトル測定手段３０を備えているが、分光スペクトル測定手段３０はその他の光路上に備えられていても良い。

光源ユニット２０の放電ランプは、放電空間に水銀が封入された放電ランプであり、例えば、０．２ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀が含まれている。放電ランプが放射する光は、ｇ線（４３６ｎｍ付近）、ｈ線（４０５ｎｍ付近）、ｉ線（３６５ｎｍ付近）の輝線（ピーク）を含む光であって、およそ紫外光領域から可視光領域にかけて連続した分光スペクトル（分光分布曲線、光強度分布）をもつ。

図２は基板Ｗに照射される光の分光スペクトルＳＰを示した図である。図３はｇ線、ｈ線、ｉ線の各輝線のパターニング波長領域を示した図である。

基板Ｗの表面に形成されたフォトレジストＰの感光波長領域は一般にｇ線（４３６ｎｍ付近）、ｈ線（４０５ｎｍ付近）、ｉ線（３６５ｎｍ付近）の少なくとも一つを含んだ波長領域である。そのため、図２に示すように、基板Ｗに照射される光の分光スペクトルＳＰは、ｇ線、ｈ線、ｉ線にそれぞれピーク（輝線）をもち連続的で広範囲のスペクトル分布を有する光である。

基板Ｗに照射される光のパターニング波長領域とは、感光波長領域のうち、ｇ線、ｈ線、ｉ線の各ピーク波長を含み、かつ強度がそれぞれのピーク強度の半値となる波長領域のことであり、図３においてｇ線のパターニング波長領域はＳ１、ｈ線のパターニング波長領域はＳ２、ｉ線のパターニング波長領域はＳ３である。光源が放電ランプである場合、フォトレジストの感光波長領域における基板Ｗに照射される光の光量は、このパターニング波長領域の光量（照度）が大部分を占めるため、このパターニング波長領域に感度のある照度計を用いて、定照度制御を行っている。

図４は基板表面に光沢などの異常が生じる光の分光スペクトルＳＰ１を示した図であり、図５は図４のパターニング波長領域付近を拡大した図である。

実験により、各パターニング波長領域（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の分光スペクトルがほぼ同一であっても、各パターニング波長領域（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）以外の分光スペクトルの相対強度が異なると、フォトレジストＰの表面状態が異なることがわかっている。実験の結果、図３および図４に示す分光スペクトルＳＰ１のように各パターニング波長領域の間の波長領域の分光スペクトルの相対強度が高いと、フォトレジストＰの表面に光沢が生じることから、特に各パターニング波長領域（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の前後の波長領域、すなわち３００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域の分光スペクトル（の形状）の変化が、フォトレジストＰの表面状態に影響を与えることがわかっている。

さらに、フォトレジストＰの感光波長領域に限らず、ｉ線より短波長側の波長領域（２００ｎｍ〜３００ｎｍ）や、ｇ線から可視光の波長領域（大よそ４３６ｎｍ〜８００ｎｍ）の分光スペクトルが異なっていても、フォトレジストＰの表面状態が異なる場合があることが実験によりわかっている。例えば図３に示す分光スペクトルＳＰ１のように可視光の波長領域の分光スペクトルの相対強度が高くても、フォトレジストＰの表面に光沢が生じる場合がある。なお、分光スペクトルＳＰ１は各パターニング波長領域の間の波長領域と、可視光の波長領域の分光スペクトルの相対強度がいずれも高いが、どちらか一方の波長範囲の分光スペクトルの相対強度のみが高い場合でも、フォトレジストＰの表面に光沢が生じる場合があることがわかっている。さらに、これらの波長領域の分光スペクトルの一部分が異なっていても、フォトレジストＰの表面に光沢が生じる場合があることがわかっている。

分光スペクトル測定手段３０が分光スペクトルを測定する波長領域は、例えば、ｇ線のパターニング波長領域とｈ線のパターニング波長領域との間や、ｈ線のパターニング波長領域とｉ線のパターニング波長領域との間であり、大よそ３００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域である。さらに、フォトレジストＰの表面状態をより確実に把握するためには、ｉ線のパターニング波長領域より短波長側の波長領域やｇ線のパターニング波長領域から可視光側の波長領域の分光スペクトルを測定する必要があり、具体的には２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域の分光スペクトルを測定する。

なお、フォトレジストＰの表面状態に影響を与える分光スペクトルの変化（相違）を確実にとらえるには、分光スペクトルを波長２ｎｍ以下の間隔で連続して測定することが望ましい。

このように分光スペクトル測定手段３０が、基板Ｗ（フォトレジスト）に照射される光のうち、フォトレジストＰの表面状態に影響を与える波長領域の分光スペクトルを検知する。これによって、基板Ｗに光を照射する段階でフォトレジストＰの表面状態を推測することが可能になる。つまり、基板Ｗに光を照射する段階で、例えばフォトレジストＰの表面状態の変化をエラーとして外部に表示する、放電ランプ（光源ユニット２０）を消灯させるなどの迅速な対応をとることができる。これによって、フォトレジストＰの表面状態が変化した基板が作製される量を最小限にすることができ、無駄のない基板の作製が可能になる。

分光スペクトル測定手段３０は、例えば、移動装置（図示せず）によって移動可能に固定される。分光スペクトル測定手段３０は基板Ｗへ紫外線照射が行なわれていないときは光路上に配置され、測定が終了すると移動装置によって退避位置へ移動させる。あるいは、分光スペクトル測定手段３０をステージ４０に固定し基板Ｗの移動に合わせて測定してもよい。なお、分光スペクトル測定手段３０は基板Ｗに照射される光の分光スペクトルを測定することが可能であればよく、例えば、光路外に分光スペクトル測定手段３０を配置し、光路から光を分岐して測定しても良い。

また、分光スペクトル測定手段３０はパターニング波長領域を含む波長領域の分光スペクトルを測定しても良い。さらに、照度測定手段１８のかわりに、この分光スペクトルより定照度制御をおこなっても良い。

照明光学系１２は、基板Ｗに照射される光の各波長領域の強度を調整し、分光スペクトルを所定の形状にする分光スペクトル調整手段１５を備える。分光スペクトル調整手段１５は、所定の波長領域の強度を減衰させる光学フィルタを一つまたは複数備える。光学フィルタは照明光学系１２のインテグレータ（図示せず）より前の光路上の光束に挿入可能となるように設置されている。

コントローラ５０は、分光スペクトル測定手段３０が測定した分光スペクトルに基づいて、分光スペクトル調整手段１５を用いて分光スペクトル（のグラフの形状）を調整し、基板Ｗに照射される光の分光スペクトルを所定の形状に合わせこむ。

この光学フィルタの光束に対する挿入距離（すなわち光の減衰量）や、挿入する光学フィルタの組み合わせを調整することで、分光スペクトルの所定の強度を減衰させ、分光スペクトルの形状（グラフの形状）を調整することができる。さらに、本実施形態では分光スペクトル測定手段３０が照明光学系１２とフォトマスク１４との間の光路上にあるので、分光スペクトル測定手段３０によって分光スペクトルの調整結果を確認することができる。

図６は、分光スペクトル調整手段１５を備えた照明光学系１２、および放電ランプ２０Ｄを備えた光源ユニット２０の構成の例を示した図である。以下、分光スペクトル調整手段１５の構成について詳しく説明する。

光源ユニット２０には、放射状に発光する放電ランプ２０Ｄとともに、放電ランプ２０Ｄから放射された光を所定方向に向けて反射させ、集光する楕円ミラー２０Ｍが取り付けられている。

照明光学系１２の光路上には、分光スペクトル調整手段１５と、集光レンズ（集光光学系）１４と、インテグレータ（照度均一化光学系）１６とが、光源ユニット２０側から順に光軸Ｘに沿って配置されている。ただし、光軸Ｘは、楕円ミラー２０Ｍの焦点とインテグレータ１６の中心とを結ぶ直線を表す。

分光スペクトル調整手段１５は、照明光の分光スペクトル（光強度）を選択的に減衰させるフィルタ機構であって、それぞれ異なる波長領域の光強度を減衰する光学フィルタ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを備えている。光学フィルタ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、照明光学系１２の光路上の光束に挿入可能となるように設置されている。

なお、図６では分光スペクトル調整手段１５は３枚の光学フィルタ（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）を備え、光学フィルタ１３Ａは、３００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長領域を減衰させ、光学フィルタ１３Ｂは、３８０ｎｍ〜４００ｎｍの波長領域を減衰させ、光学フィルタ１３Ｃは、４１５ｎｍ〜４２５ｎｍの波長領域を減衰させる。ただし、光学フィルタの枚数や、光学フィルタが光強度を減衰させる波長領域はこれに限定されるものではなく、分光スペクトルの調整に応じたものであればよい。例えば、光強度を減衰させる波長領域の一部が重なりある複数の光学フィルタを組み合わせてもよい。

光学フィルタ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、光源部側からこの順で不図示の保持部材によって保持されている。保持部材は、光軸Ｘの直交方向に各光学フィルタを進退させるフィルタ駆動部１７に接続されている。フィルタ駆動部１７の動作はコントローラ５０によって制御されており、光学フィルタ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの光路上の光束に対する挿入距離（すなわち所定の波長範囲の光の減衰量）を調整することができる。

保持部材が光路側に移動し、光学フィルタ１３Ａ（１３Ｂ、１３Ｃ）が光路上の光束に挿入されると、光束の一部が光学フィルタ１３Ａ（１３Ｂ、１３Ｃ）を通過する。光学フィルタを通過した光の所定の波長領域（例えば３８０ｎｍ〜４００ｎｍ）が他の波長領域の光強度に対して減衰する。この結果、基板Ｗの表面に照射される光の分光スペクトル（の形状）が調整される。

また、水銀が封入された放電ランプが放射する光の分光スペクトルは、水銀の蒸発量の影響を受ける。そのため、コントローラ５０は、分光スペクトル測定手段３０が測定した分光スペクトルに基づいて、光源ユニット２０の放電ランプの冷却条件などを調整して、分光スペクトルの形状を調整することもできる。さらに、上述した分光スペクトル調整手段１５に、放電ランプの冷却条件の調整や放電ランプの入力電力の調整を併用することで、分光スペクトルの形状をより細かく調整することができる。

本実施形態はフォトレジストが塗布された基板に露光を行うコンタクト露光装置を例に説明したが、フォトマスクと基板を離間して露光するプロキシミティ露光装置、フォトマスクのパターンを投影光学系を介して基板に露光する投影露光装置、フォトマスクを用いないダイレクト露光装置であっても、本発明を同様に用いることが可能である。さらに、露光装置に限らず、樹脂材料に対する表面処理、あるいは乾燥処理に用いる紫外線照射装置に本発明を用いることも可能である。

１０ 紫外線照射装置
１１ 露光ユニット
１２ 照明光学系
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 光学フィルタ
１４ フォトマスク
１５ 分光スペクトル調整手段
１６ インテグレータ
１７ フィルタ駆動部
１８ 照度測定手段
２０ 光源ユニット
２０Ｄ 放電ランプ
２０Ｍ 楕円ミラー
３０ 分光スペクトル測定手段
４０ ステージ
５０ コントローラ
Ｐ フォトレジスト
ＳＰ、ＳＰ１ 分光スペクトル
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 被照射物に紫外光を含む光を照射する紫外線照射装置であって、
   ｇ線、ｈ線、ｉ線に輝線を有する連続的な光強度分布をもつ光を放射する光源と、
   前記光の分光スペクトルを測定する分光スペクトル測定手段とを有し、
   前記分光スペクトル測定手段は少なくとも前記輝線以外の分光スペクトルを測定することを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記分光スペクトル測定手段は、被照射物の感光波長領域以外の波長領域の分光スペクトルを測定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記分光スペクトル測定手段は、３００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域の分光スペクトルを測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記分光スペクトル測定手段は、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域の分光スペクトルを測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
5. 前記紫外線照射装置は、前記分光スペクトル測定手段より得られた分光スペクトルに基づいて前記光の分光スペクトルを調整する分光スペクトル調整手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の紫外線照射装置。
6. 前記紫外線照射装置は、前記分光スペクトル測定手段より得られた分光スペクトルに基づいて前記光源を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の紫外線照射装置。
7. 前記被照射物はソルダーレジストが表面に形成されたプリント配線板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の紫外線照射装置。