JP3952262B2 - 露光装置用光源システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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装置用光源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、露光装置は、光源から照射された光束を基板に塗布された感光剤の性質に対応した状態にして露光台に固定されたマスクおよび基板に導く光源システムを備えている。光源システムから照射された光によって、マスクに描かれた回路パターン等が基板の露光面に露光される。
【０００３】
ここで、基板に所定の回路パターンが正確に露光されるために、光源システムから照射される光は、露光面全面をくまなく、かつ略均一な積算露光量で露光できる光である必要がある。また特に、液状ネガタイプの感光剤を塗布した基板を露光する場合に使用される光は、スルーホール等の側壁面も確実に露光されるように、露光面上の任意の場所に対して、複数の光線が様々な入射角をもって入射する発散光であることが望ましい。
【０００４】
しかし、従来の光源システムは、光源として主に超高圧水銀灯を使用していた。そのため、超高圧水銀灯から照射される光を、液状ネガタイプの感光剤が塗布された露光面全面をくまなく、かつ略均一な積算露光量で露光できる発散光にするためには、光学系の構成を非常に大型でかつ複雑な構造にする必要がある。つまり、光源システム全体、ひいては露光装置全体が大型化し、かつ高価になってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の諸事情に鑑み、小型で簡素、かつ安価な構成でありながら液状ネガタイプの感光剤を塗布された基板の露光面全面をくまなく、かつ略均一な積算露光量で露光する発散光を照射することができる露光装置用光源システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成させるため、この発明は、マスクに描かれた所定のパターンを露光台に載置された基板に露光する露光装置用光源システムは、発散光を射出する複数の光源と複数の光源を露光台と略平行な面に沿って振動させる振動手段と複数の光源とマスクとの間に配設され複数の光源から射出された各発散光をさらに拡散して露光台を照射する光の強度分布をおよそ均一にする光拡散手段とを有し露光台全域を露光する発散光を射出する発光手段とを備え、複数の光源は露光台と略平行な面内において互いに隣り合う光源から照射され拡散手段を透過した各光の露光台上における露光領域の少なくとも一部が重なり合うような配列であってかついずれの光源の光軸も露光台に略直交するように設けられており、発光手段から照射された発散光が入射する露光台の任意の場所における光強度は所定の許容範囲内に収まることを特徴とする。
【０００７】
このように構成することにより、本発明に係る光源システムは、超高圧水銀灯を光源とした従来の光源システムに比べ、小型で簡素、かつ安価な構成にすることができる。また、各光源から照射された光は、拡散手段を透過することにより、露光台と平行な面内での光強度をおよそ均一な強度にすることができる。ここで、光源システムから照射される各光が露光台上を照明する領域（以下、露光領域という）の周縁部、つまり各露光領域の光強度の弱い部分、を重ね合わせるような所定の配列で各光源は配設される。そのため、露光台上ではどの場所でも略均一な積算露光量が得られる。
【０００８】
さらに本発明によれば、拡散手段を用いて光源からの発散光をさらに拡散させることにより、前記露光台の全域にわたって複数の光線が様々な角度を持って入射することになる。従って、スルーホールの側壁面に塗布された感光剤も十分に露光することが可能になる。
【０００９】
ここで、発光手段からの光によって露光される露光台上での光強度分布は、該光強度分布の最大値と最小値との差が、前記拡散手段透過前の特定の発散光の強度分布の最大値の所定割合以内に収まることが望ましい。より好ましい状態とは、該所定割合が約５％である状態である。
【００１０】
上記、光源の所定の配列とは、例えば複数の光源のうち特定の一つに着目した場合、該光源の周囲を、該光源の位置を基準として±６０度ずれた位置に六つの他の光源が隣接配置される六方稠密が好ましい。
【００１１】
また本発明は、超高圧水銀灯の代わりに発光素子を使用する。これにより、上記光学系を非常に小型化させることができる。ここで発光素子自体にも以下のような利点がある。まず、点灯後すぐに安定した光量の光を照射することができるため、必要に応じて点灯制御することができる。つまり、常時点灯しつづける必要がある超高圧水銀灯に比べて、消費電力をはるかに抑えることができる。また、発光素子の寿命は長いため、光源の交換に関するユーザにかかる負担を軽減することができる。
【００１２】
特に、チップＬＥＤを使用すれば、より発散性の高い光を照射させることができ、より精細な回路パターン露光が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光源システムを備える露光装置の実施形態について説明する。図１は、実施形態の露光装置１００の光源システム１、露光台２近傍を拡大した斜視図である。図２は露光台２近傍の上面図、図３は露光台２近傍の側面図である。実施形態の露光装置１００は、マスクＭに描かれた回路パターンを基板Ｓに露光するための装置であり、この露光装置１００では、マスクＭと基板Ｓをわずか（10μｍ〜20μｍ）に離して露光するプロキシミティー法を用いている。なお各図中、Ｘ方向（およびＸ方向の逆方向）およびＹ方向は、露光台２に載置される基板Ｓの露光面を規定する方向である。Ｚ方向は、露光面と直交する方向である。
【００１４】
図１から図３に示すように、露光装置１００は、光源システム１（図１中二点鎖線で示す）、露光台２、一対のレール３、ボールねじ４ａ、テーブル駆動モータ４ｂ、ベース５、マスクホルダ部６を備えている。光源システム１は、複数の紫外ＬＥＤ１０と拡散板１１とを備える。光源システム１は、露光台２全域をすきまなく露光する光を照射するように構成されている。光源システム１については、後に詳述する。
【００１５】
基板Ｓが載置される露光台２は、ベース５上に設けられている。露光台２は、その下面がＸ方向に延びる一対のレール３に沿ってガイドされた状態で、ボールねじ４ａをテーブル駆動モータ４ｂにより回転させることによって、Ｘ方向に駆動自在な状態にある。
【００１６】
各図中斜線部で示すマスクＭは、マスクホルダ部６によって保持されている。詳しくは、マスクホルダ部６は、図３に示すように凹字状の断面形状を有しており、凹部にマスクＭが載置される。該凹部に載置されるマスクＭは、Ｘ方向の位置決めを行うＸ調整機構６ａおよびＹ方向の位置決めを行う一対のＹ調整機構６ｂによって所定位置に固定される。具体的には、各調整機構６ａ、６ｂはＬ字状のマスク支持部材Ｌを備えており、それぞれのマスク支持部材ＬがＸ、またはＹ方向に駆動することにより、マスクＭの基板Ｓに対する位置決めが行われる。なお、位置決めの際に、一対のＹ調整機構６ｂの駆動量をそれぞれ異ならせれば、マスクＭをＸ−Ｙ平面内において回転させることもできる。マスクホルダ部６は、Ｚ軸ベース６ｃによって露光台２に取り付けられているため、露光台２とともにＸ方向に移動自在な状態にある。また、マスクホルダ部６は、昇降機構６ｄによってＺ方向に昇降自在な状態にある。
【００１７】
前工程において、感光材を表面に塗布された基板Ｓは、図示しない搬送路を介して露光装置１００に搬送されて、露光台２に載置、固定される。その際、前述のＸ、Ｙ調整機構６ａ、６ｂにより、マスクＭの基板Ｓに対する相対的な位置決めが行われる。このときマスクホルダ部６は、基板Ｓの移動の妨げにならぬような高さまで、昇降機構６ｄによってＺ方向の逆方向（つまり光源システム１方向）に上昇している。そして基板Ｓが、位置決めされて露光台２に固定されると、マスクホルダ部６は、マスクＭと基板Ｓの間隔が、10μｍ〜20μｍ程度になるまで昇降機構６ｄによってＺ方向（つまり露光台２方向）に下降する。
【００１８】
次に本実施形態の光源システム１について詳述する。図４は、光源システム１をＸ−Ｚ面で切った断面図である。図４に示すように、紫外ＬＥＤ１０は、露光面２（マスクＭ）と略平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）上に各先端（紫外光照射口）が並ぶような状態でプリント基板１０ａに取り付けられている。なお本実施形態では、基板Ｓに塗布される感光剤は、紫外域の光に最も高い感度を示す液状ネガタイプの感光剤を想定している。そのため、紫外ＬＥＤ１０を光源として用いている。もし、紫外光以外の光に高い感度を示す感光剤を使用する場合には、使用される感光剤が最も高い感度を示す光を照射可能な発光素子を用いればよい。
【００１９】
図５は、光源システム１内に配設される紫外ＬＥＤ１０の配列状態を図示したものである。図５に示すように、紫外ＬＥＤ１０は、一つの紫外ＬＥＤ１０に注目した場合、該一つの紫外ＬＥＤ１０は、周りを六個の紫外ＬＥＤに囲まれている。該六個の紫外ＬＥＤ１０は、該一つの紫外ＬＥＤ１０に接した状態で配置されている。本明細書では、以上の配置状態を六方稠密という。紫外ＬＥＤ１０を図５に示す六方稠密状に配列することにより、各紫外ＬＥＤ１０から照射直後の発散光同士の間隔を狭く設定することができる。これにより、後述する拡散板１１を透過した各発散光の、露光台２上（露光時には、マスクＭ上）における露光領域は、互いに重なり合う。なお、図５に示す紫外ＬＥＤ１０は、Ｘ方向に沿って複数配置され、Ｘ方向（またはＹ方向）に対して±６０度傾く方向に沿って複数配置されることにより六方稠密状の配列になっている。しかし、図５に示す配列はあくまで例示である。つまり、光源システム１を用いて回路パターンの露光を実施するにあたって、紫外ＬＥＤ１０は、Ｘ方向やＹ方向とは無関係な方向性をもつ六方稠密状に配列されてもよい。
【００２０】
紫外ＬＥＤ１０から照射された発散光は、拡散板１１に入射する。本実施形態の拡散板１１は、全ての紫外ＬＥＤ１０から照射された発散光が入射するために十分な大きさを有する一枚の板状体である。一枚の板状体の拡散板１１を使用することにより、紫外ＬＥＤ１０一つ一つに対する拡散板１１の位置調整の手間を省くことができる。
【００２１】
拡散板１１は、入射する光のうちの一本の光線に着目した場合、該光線を拡散して射出させる二次的な光源の役割を果たす。図６は、光源システム１内における光の強度分布の一例を表した図である。図６（Ａ）が、拡散板１１に入射する前の発散光におけるＸ−Ｙ面（図４中、Ａ−Ａ’面）での光強度分布を表し、図６（Ｂ）が、拡散板１１から射出された後の発散光におけるＸ−Ｙ面（図４中、Ｂ−Ｂ’面）での光強度分布を表す。図６（Ａ）のような光束断面中央部に高い強度を示す分布を有して入射する発散光は、拡散板１１を透過することにより、発散の度合いが大きくなり、図６（Ｂ）に示すような、中央部と周縁部との強度差が小さくなったなだらかな分布（およそ均一な分布）となる。なお本明細書では、光の強度とは、光束が媒質の中を伝搬する場合、該光束の進行方向に垂直な面内における単位面積を単位時間に通過するエネルギーの時間的平均値をいう。また、露光面の任意の場所に入射する光の強度を露光時間で積算することにより算出される値が、該任意の場所における積算露光量となる。
【００２２】
以上より、拡散板１１を透過した各発散光の、露光台２（マスクＭ）上における露光領域は、その周縁部から中央部近傍にかけて、より広い範囲で重なり合う。ここで、露光台２に入射する各発散光の光強度分布は、図６（Ｂ）に示すようになだらかに変化し、周縁部と中央部との強度差が小さくなっているため、複数の露光領域が重なり合ったとしても、露光台２の任意の場所における光強度は所定の許容範囲内に収まる。つまり、露光台２全域におけるどの場所での積算露光量も略均一となる。
【００２３】
図７は、露光台２における各発散光の光強度分布の一例を表した図である。図７中、実線が露光台２に入射する全ての光の光強度分布を表し、破線が発散光一つあたりの光強度分布、つまり図６（Ｂ）と略同様の分布を表す。本実施形態における上記所定の許容範囲は、露光台２に入射する光の光強度分布の最大値Ｌ_ｍａｘと最小値Ｌ_ｍｉｎとの差Δｄが、拡散板１１透過前の特定の発散光の光強度分布（図６（Ａ））の最大値Ｌ_ｒｅｆの約５％以内に収まるように設定される。
【００２４】
さらに、拡散板１１を用いることにより、露光面の任意の場所には、複数の光線が様々な入射角度で入射する。従って、スルーホール等の側壁面に塗布された感光剤に対しても十分に露光することができる。
【００２５】
露光時は、まず、液状ネガタイプの感光剤を塗布された基板Ｓが前工程から露光装置１００に搬送される。搬送された基板Ｓは、マスクＭとの相対的位置決めが行われつつ露光台２上に載置、固定される。そして、光源システム１を発光させて基板Ｓの露光面を露光する。上記のとおり、光源システム１から照射される光は、光強度が略均一な発散光であるため、基板Ｓは、露光面全域を隙間なく、かつ均一な積算露光量で露光される。
【００２６】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００２７】
上記実施形態では、感光剤の感度が最も高い紫外光を発光する紫外ＬＥＤ１２を光源として使用しているが、半導体素子のように高速のオンオフ制御が可能なランプ素子やプラズマ（放電による発光）等を発光素子として使用することも可能である。さらには、チップＬＥＤを使用すれば、より発散度の高い光を光源から照射することができ、より精細な露光が可能になる。紫外チップＬＥＤとしては、例えばＣＲＥＥ社製「Ultraviolet LEDs C395-MB290-E400」等がある。
【００２８】
また、上記実施形態では、紫外ＬＥＤ１０は六方稠密状に配列されているとして説明したが、紫外ＬＥＤ１０の配列は六方稠密に限定されるものではない。例えば、該配列は、一つの紫外ＬＥＤ１０の周囲を４つの紫外ＬＥＤで囲む正方稠密状であってもよい。
【００２９】
例えば、上記実施形態の露光装置１００では、光源システム１は固定されており、露光工程は光源システム１を動かさないで行われているが、この構成に限定されるものではない。例えば、光源システム１にさらに駆動手段を設け、露光時には、所定の方向に走査させる構成であってもよい。これにより、光源システム１内にある紫外ＬＥＤ１０等の部材点数を上記実施形態よりも減らすことができ、より安価で小型化されたシステムが提供される。但し、駆動手段を有する光源システム１を用いて、より均一な積算露光量で露光したい場合には、該光源システムの走査方向は、紫外ＬＥＤ１０の配列に対応して決定されることが望ましい。例えば、図５に示す配列で紫外ＬＥＤ１０が配設されている場合、走査方向は、Ｘ方向またはＹ方向であると好ましい。
【００３０】
また、上記実施形態よりも、露光面状の任意の場所における積算露光量をさらに均一化させたい場合には、紫外ＬＥＤ１０が設けられたプリント基板をＸ−Ｙ面内で振動させる振動手段を設けると良い。これにより、光源システム１から照射される各発散光の露光領域が微妙にずれることになり、積算露光量がより平均化される。
【００３１】
なお、上記実施形態では、便宜上、基板Ｓの片面のみを露光する露光装置を想定して説明したが、本発明に係る光源システムは両面露光装置にも適用することができる。また、本発明は上記実施形態のようなプロキシミティー法以外の手法、例えば密着法などで露光を行う装置にも適用することができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る光源システムを搭載する露光装置は、回路パターン露光工程に使用されるだけでなく、ソルダレジスト露光工程にも使用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の露光装置用光源システムは、所定の配列状態にある複数の発光素子から照射された発散光を、拡散板を介して露光面に入射させる構成にすることにより、超高圧水銀灯を光源として使用していた従来の光源システムに比べ、安価で且つ簡素な構成にすることができる。さらに本発明の光源システムは、液状ネガタイプの感光剤が塗布された基板の露光により適した発散光を、露光面におけるどの場所であっても略均一な積算露光量となるように照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の露光装置の露光台近傍を示す上面図である。
【図３】本発明の実施形態の露光装置の露光台近傍を示す側面図である。
【図４】実施形態の露光装置の光源システムの断面図である。
【図５】実施形態の発光素子の配列を表す図である。
【図６】実施形態の発光素子から照射された光の強度分布である。
【図７】実施形態の発光素子から照射された光の露光台上での強度分布である。
【符号の説明】
１ 光源システム
２ 露光台
１０ 紫外ＬＥＤ
１１ 拡散板
１００ 露光装置

Claims (10)

1. マスクに描かれた所定のパターンを露光台に載置された基板に露光する露光装置用光源システムであって、
   発散光を射出する複数の光源と、前記複数の光源を前記露光台と略平行な面に添って振動させる振動手段と、前記複数の光源と前記マスクとの間に配設され、前記複数の光源から射出された各発散光を、さらに拡散して、前記露光台を照射する光の強度分布をおよそ均一にする光拡散手段と、を有する、前記露光台全域を露光する発散光を射出する発光手段とを備え、
   前記複数の光源は、前記露光台と略平行な面内において、互いに隣り合う光源から射出され前記拡散手段を透過した各光の前記露光台上における露光領域の少なくとも一部が重なり合うような配列であって、かついずれの光源の光軸も前記露光台に略直交するように設けられており、
   前記発光手段から射出され、前記光拡散手段を透過した発散光の光強度は、前記露光台の全域にわたって所定の許容範囲内に収まることを特徴とする露光装置用光源システム。
2. 請求項１に記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記露光台における光強度分布は、該光強度分布の最大値と最小値との差が、前記拡散手段透過前の特定の発散光の強度分布の最大値の所定割合以内に収まることを特徴とする露光装置用光源システム。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記複数の光源のうち任意の一つの光源は、一つ以上の他の光源に接した状態で配置されていることを特徴とする露光装置用光源システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記複数の光源は、六方稠密状に配列されていることを特徴とする露光装置用光源システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記光源は、発光素子であることを特徴とする露光装置用光源システム。
6. 請求項５に記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記発光素子は、チップ型であることを特徴とする露光装置用光源システム。
7. 請求項５または請求項６に記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記発光素子は、紫外域の光を発光する紫外ＬＥＤであることを特徴とする露光装置用光源システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の露光装置用光源システムは、
   前記複数の光源を所定の方向に走査させる走査手段をさらに備えることを特徴とする露光装置用光源システム。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の露光装置用光源システムにおいて、
   前記拡散手段は、拡散板であることを特徴とする露光装置用光源システム。
10. 前記拡散板は前記露光領域全域を覆う一枚の拡散板である、ことを特徴とする請求項９に記載の露光装置用光源システム。

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