JP2813024B2

JP2813024B2 - 投影露光装置

Info

Publication number: JP2813024B2
Application number: JP2081338A
Authority: JP
Inventors: 正人住谷
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH03282475A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は例えばフレキシブルプリント回路（FPC）等
の製作の際に必要な投影露光を行うために好適に使用さ
れる投影露光装置に関する。

〔従来の技術〕

FPC等の回路基板の製作においては、従来よりフォト
リソグラフィ技術が使用されており、回路パターンが形
成されたフォトマスクを通して基板を露光し、基板に回
路パターンを転写するようにしている。最近における実
装密度の高度化に伴い、かなり微細な回路パターンの転
写が必要になってきており、例えば特開平１−191151号
に開示されているように投影方式によって露光を行うよ
うになってきている。また、レジストが感度を有する可
視域から紫外域にわたって豊富な発光スペクトルを有す
ることから、従来より投影露光装置においては、光源と
して水銀灯が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

他の工程と同様に、露光工程においても生産性の向上
が強く求められており、露光時間の短縮が改善すべき課
題となっている。露光工程における露光時間は、塗布さ
れたレジストの種類や厚さにもよるが、何といっても照
度に依存するところが大である。

ここで、従来は、水銀灯から発せられた光のうちの40
0nm程度以下の光をカットし、400nm以上の光を投影レン
ズに入射させて使用していた。

しかし、水銀灯は400nm程度以下の波長域においても
ｉ線（365nm）という強い輝線スペクトルを有し、この
ｉ線も投影レンズに入射させて使用するようにすれば、
照射面における照度アップに寄与すると思われる。

しかし、400nm以下のスペクトルをカットすると投影
面における照度が低下するため、露光処理のスループッ
トが悪化する問題がある。

そこで、本発明者は、ｉ線をカットせずにｉ線を利用
して回路パターンの露光を行ったところ、ｉ線をカット
していた際には生じなかった露光される回路パターンの
像がピンボケするという問題のあることが判明した。

本発明の目的は、水銀灯より放射されるｉ線を有効に
利用することによって短時間の露光処理が達成され、し
かもピンボケが発生しない投影露光装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の投影露光装置は、
ショートアーク型の水銀灯よりなる光源を有する投影露
光装置であって、光源からの光が照射されたフォトマス
クの像を投影する投影レンズには、ｉ線のみまたはｉ線
とｉ線より長波長側の水銀灯のスペクトルの光が入射
し、該投影レンズは、ｉ線の吸収率が20％以下の硝材か
ら構成され、該投影レンズに吸収されるｉ線のエネルギ
ーの平均値が1W以下となるように該投影レンズに入射す
るｉ線のエネルギーが調整され、該投影レンズの温度上
昇による結像面の変位が200μｍ以下であることを特徴
とする。

〔作用〕

上記の構成によれば、投影レンズを構成する硝材がｉ
線の吸収率が20％以下のものであってｉ線の吸収が少な
いうえ、投影レンズの吸収するｉ線のエネルギーの平均
値が1W以下となるように投影レンズに入射するｉ線のエ
ネルギーが調整されるので、投影レンズの温度上昇によ
る結像面の変位が200μｍ以下となり、その結果、実用
上問題となるピンボケが発生しない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例の投影露光装置を示し、10は
光源、20は投影レンズ、30はフォトマスク、40は例えば
FPC用のフィルム等の被露光物、51は集光鏡、52,53は折
り返し平面鏡、54はインテグレータ、55はコンデンサレ
ンズユニットである。

光源10は、ショートアーク型の水銀灯例えば超高圧水
銀灯よりなり、そのスペクトルには、ｉ線（365nm）
と、ｉ線より長波長側の例えばｈ線（405nm）、ｇ線（4
36nm）が含まれている。

光源10からの光が照射されたフォトマスク30の像を投
影する投影レンズ20には、ｉ線のみまたはｉ線とｉ線よ
り長波長側の水銀灯のスペクトルの光が入射する。ｉ線
のみを入射させるときは、ｉ線のみを透過するバンドパ
スフィルタ（図示省略）を投影レンズ20と光源10との間
に設け、ｉ線とｉ線より長波長側のスペクトルを使用す
るときは、ｉ線より短い例えば350nm以下の光をカット
するシャープカットフィルタを設ければよい。なお、要
求される解像度が高くなり、投影レンズ20における多波
長色収差補正が困難になったときは、バンドパスフィル
タを用いてｉ線のみとする。

投影レンズ20は、ｉ線の吸収率が20％以下の硝材から
構成される。斯かる硝材の具体例としては、ホーヤ社製
の「BSC1」、「FC5」、「CF6」等を挙げることができ
る。

前述のｉ線を使用した際に生じたピンボケについて、
発明者が鋭意研究を重ねたところ、ｉ線の吸収による投
影レンズの温度上昇に原因があることが判明した。投影
露光装置の投影レンズに使用される硝材は、可視域の光
に対しては当然のことながらほとんど透明すなわち透過
率が100％に近い。しかし、450nmの紫外域の光となる
と、通常用いられる硝材では、例えば70％程度とかなり
透過率が低くなってしまう。

ｉ線は紫外線ではあるが、光であることには変わりな
く、物質に吸収されるとエネルギー保存則により熱に変
換される。ここで、レンズのような円形の物体が光吸収
により熱せられて昇温した場合には、周辺部の到達温度
は熱の放散があるため中央部に比して低くなる。すなわ
ち中央部と周辺部とで温度差ができる。この場合、光の
一般的な性質として、光は媒質中で温度の高い方へ屈折
する性質があるため、ｉ線の吸収により投影レンズに温
度差ができると、光がより光軸方向に屈折するようにな
る。また、温度の高い中央部の熱膨張は、温度の低い周
辺部の熱膨張より大きくなるから、結果的にレンズの曲
率も変化する。この投影レンズ中の温度差に起因する光
の屈折の仕方の変化および投影レンズの曲率の変化によ
って、結像面が変位し、これによって前記ピンボケが発
生していることが判明した。なお、投影露光装置の投影
レンズにおいて、ｉ線の吸収によって投影レンズが昇温
するとともにその到達温度に差ができ、この温度差によ
って光の屈折の仕方の変化および投影レンズの曲率の変
化を引き起こして結像面を変位させ、このことがピンボ
ケにつながることは、この出願の出願時においては、全
く知られていない新規の事項である。

装置の構成としては、上記のようなｉ線吸収率が20％
以下の硝材が使用される。しかし、大電力で光源１を点
灯して投影レンズ20に入射させるｉ線のエネルギーを大
きくすることはあまり好ましくない。なぜなら、結果的
にｉ線の吸収量が多くなってしまうからである。

そこで、本実施例では、投影レンズ20へのｉ線の入射
エネルギーの平均値を4Wとする。この平均値とは、時間
的な平均値という意味である。すなわち、シャッタを所
定のデューティーサイクルで開閉して露光する場合に
は、シャッタ開時の入射エネルギーの値に、シャッタの
開閉のデューティーの値を乗じて算出する。すなわち、
開0.5,閉0.5,のデューティーのときは、シャッタ開時の
入射エネルギーの値に1/2を乗ずる。このようにして、
投影レンズ20へのｉ線の入射エネルギーの平均値を4Wと
しておくと、投影レンズ20のｉ線の吸収率は20％以下で
あるから、結果的に投影レンズ20のｉ線の吸収量は0.8W
以下となる。

結像面の変位の許容度は、投影レンズの焦点深度に関
連する。焦点深度の深い投影レンズであれば、結像面の
変位の許容度は広くなる。すなわち、ｉ線の吸収率の高
い硝材を使用したり、投影レンズへのｉ線の入射エネル
ギーの平均値を高くすることも可能になってくる。

しかし、この焦点深度は投影レンズのNA（明るさ）に
相反する関係にある。すなわち、高NAの投影レンズにお
いては、焦点深度はあまり深くできない。逆に、NAを犠
牲にすれば、焦点深度の深い投影レンズを設計すること
も可能である。ここで大事なことは、露光転写する回路
パターンの微細化すなわち高解像度化を押し進めるに
は、投影レンズの高NA化が不可欠であるということであ
る。本実施例において対象とするパターン幅50μｍ以下
の露光の場合には、投影レンズのNAは一般的に0.05以上
は必要である。この場合の焦点深度は、200μｍが限度
である。従って、パターン幅50μｍ以下の露光の場合に
は、一般的に結像面の変位を200μｍ以下に抑えなけれ
ばならないことになる。

そこで、本発明者が鋭意研究を重ねたところ、投影レ
ンズのｉ線の吸収量の平均値を1W以内にしておけば、結
像面の変位が200μｍ以下に抑えられることが判明し
た。

第２図を用いて、発明者が行った数多くの実験のうち
の特徴的なものを説明する。第２図は、硝材の分光透過
率を示すグラフである。第２図から明らかなように、硝
材Ａはｉ線の吸収率が５％程度であり、硝材Ｂは25％程
度である。この二つの硝材A,Bを用いてそれぞれ投影レ
ンズを構成し、ｉ線の入射エネルギーが6Wになるように
光源を点灯して、結像面の変位を測定した。なお、シャ
ッタは開きっぱなしとし、投影レンズの昇温状態が安定
した状態で測定するため、30分経過後に結像面の変位を
測定した。結果は、硝材Ａからなる投影レンズによる結
像面の変位が100μｍであったのに対し、硝材Ｂからな
る投影レンズによる結像面の変位は600μｍに達した。
前記の条件より、この際の硝材Ａのｉ線の吸収量は0.3
W,硝材Ｂのｉ線の吸収量は1.5W程度である。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本願発明は、露光波長にｉ線を含
ませた際に発生するピンボケが投影レンズのｉ線吸収に
よる昇温に起因するものであるという、従来全く知られ
ていなかった事項の知見に基づいて、ｉ線の吸収率20％
以内かつ吸収量1W以内にするという具体的解決手段とし
て創出されたものである。

従って、水銀灯から放射されるｉ線を有効に利用して
高い解像度で回路パターンの像を確実に露光でき、ｉ線
と共にそれより長波長側の光を利用することにより投影
面における照度が高くなって露光処理の効率が向上す
る。更に、結像面の変位が200μｍ以下であることによ
り、投影レンズとしてNAの高いものを用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の投影露光装置を示す説明図、
第２図は硝材の分光透過率を示すグラフである。 10……光源、20……投影レンズ 30……フォトマスク、40……被露光物 51……集光鏡、52,53……折り返し平面鏡 54……インテグレータ 55……コンデンサレンズユニット

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ショートアーク型の水銀灯よりなる光源を
有する投影露光装置であって、光源からの光が照射されたフォトマスクの像を投影する
投影レンズには、ｉ線のみまたはｉ線とｉ線より長波長
側の水銀灯のスペクトルの光が入射し、該投影レンズは、ｉ線の吸収率が20％以下の硝材から構
成され、該投影レンズに吸収されるｉ線のエネルギーの平均値が
1W以下となるように該投影レンズに入射するｉ線のエネ
ルギーが調整され、該投影レンズの温度上昇による結像面の変位が200μｍ
以下であることを特徴とする投影露光装置。