JP4051278B2

JP4051278B2 - Projection exposure equipment

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Publication number: JP4051278B2
Application number: JP2002376840A
Authority: JP
Inventors: 義則小林; 臣友石橋; 正人原
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2003255547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源の発する光束を所定のパターンが形成されたマスクに透過させたうえで感光剤が塗布されたプリント配線基板に投射し、前記所定のパターンを前記プリント配線基板に転写する、投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線基板の配線パターンや液晶パネルの透明薄膜電極などを描画する方法として、従来より投影露光装置等が利用されている。投影露光装置は超高圧水銀灯などの高出力の光源から発せられる光束を所定のパターンがかかれたマスクに投射し、さらにこの光束を感光剤の塗布されたプリント配線基板や集積回路、液晶パネルなどの被露光体上で結像させてマスクのパターンを被露光体に転写するものである。
【０００３】
一般にプリント配線基板は、スルーホールを穿孔した後、銅メッキし、次いで整面処理を行って銅表面の酸化膜除去し、最後に感光剤が塗布される。この整面処理、温度変化、積層工程によりプリント配線基板は最大0.2%程度伸縮する。プリント配線基板が伸縮することによってスルーホールの位置も変動するため、このような投影露光装置はプリント配線基板上に結像するマスクのパターンの像の伸縮率を変更可能とすることが望まれている。
【０００４】
また、露光工程の簡素化および露光時間の短時間化のため、副走査方向に複数の光源が並んで配置され、各光源からの光束によってマスクが照射され、前記光束による像がそれぞれ別個の光学系によってプリント配線基板の副走査方向に並んで結像するよう構成された投影露光装置が利用されている。
【０００５】
しかしながら、このような投影露光装置がプリント配線基板上に結像するマスクの像の伸縮率を変更可能な機構を備えた場合、マスクの像を拡大したときに各光源からの像同士が重なり合ってしまい、正確な像が露光されないため、露光工程の簡素化および露光時間の短時間化とマスクの像の伸縮率の変更とを両立させることはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題に鑑み、露光工程の簡素化および露光時間の短時間化とマスクの像の伸縮率の変更とを両立させることが可能な投影露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の投影露光装置は、光学系が、光源のそれぞれより発せられ、前記マスクを通過した光束を偏向させる第１の平面鏡と、第１の平面鏡によって偏向した光束が入射されるレンズユニットと、互いに９０°の角度をなし、かつマスクに対して垂直に配置された２つの反射面を有し、レンズユニットから射出された光束を反射させてレンズユニットに再度入射させる、ダハミラーと、ダハミラーによって反射されたのち、レンズユニットから射出された光束を偏向させ、マスクと平行に配置されたプリント配線基板上で結像させる第２の平面鏡と、プリント配線基板上で結像したマスクの像のマスクに対する伸縮率を変更可能な像伸縮機構と、像を副走査方向に移動可能なシフト手段と、を有し、シフト手段は、ダハミラーを副走査方向に進退させる反射手段駆動機構と、マスクとプリント配線基板とが、レンズユニットに対して互いに共役となる状態を保持しつつ、マスクと前記プリント配線基板が共にレンズユニットの焦点位置からずれる状態に設定する位置設定手段と、を有する。
【０００８】
すなわち、光源からの光束が入射するダハミラーを副走査方向に移動させて投影露光装置のレンズユニット中心軸から所定距離だけ移動させることにより、ダハミラーからレンズユニットに向かう光束の焦点位置が副走査方向にずれるので副走査方向のテレセン性が斜めに崩れる。さらにマスクとプリント配線基板が互いに共役状態を保ちつつ共にレンズユニットの焦点位置からずれるようにすることにより、任意の光源からの光束によるマスクの像の基板上での結像位置を副走査方向にシフトさせることが可能となる。各光源からの像同士が重なり合うことなく隣接しあうように各像のシフト量を決定し、そのシフト量に応じてダハミラーの位置およびマスクとプリント配線基板のレンズユニットの焦点位置からのずれ量を設定することにより、複数個の光源が副走査方向に配置された投影露光装置であってもマスクの像を伸縮したときに正確な像が露光される。
【０００９】
また、第１の平面鏡と第２の平面鏡それぞれをマスクに対して近接または離間させることによって、マスクとプリント配線基板とが、レンズユニットに対して互いに共役となる状態を保持しつつ、マスクとプリント配線基板が共にレンズユニットの焦点位置からずれる状態に設定する構成としてもよい。
【００１０】
好ましくは、像の副走査方向のシフト量をΔＹとすると、ダハミラーの副走査方向の移動量ΔＬ_２、第１および第２の平面鏡の前記マスクに向かう方向への移動量ΔＤ_２は、式 ΔＹ＝ −ΔＤ_２ × ２ΔＬ_２／ｆを満たすよう設定される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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、本実施形態による投影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、主走査方向（マスクおよびプリント基板が駆動される方向）をＸ軸、副走査方向をＹ軸、光束がプリント基板に入射する方向をＺ軸と定義している。また、Ｘ軸については図１中左下から右上に向かう方向、Ｙ軸については図１中右下から左上に向かう方向、Ｚ軸については図１中下から上に向かう方向をそれぞれ正としている。
【００１２】
本実施形態の投影露光装置１は、複数の光源２、複数のコリメータレンズ３、マスク４、複数の折り返しミラー５、複数のレンズユニット６、複数のダハミラー７、基板ホルダ８を有する。なお、図１にはコリメータレンズ３、折り返しミラー５、レンズユニット６、およびダハミラー７で構成される光学系と光源２とが３組しか記載されていないが、実際の投影露光装置はＹ軸方向に複数個の光源および投影光学系が配置されており、マスクおよびプリント基板を往復させること無くプリント基板全面を露光することができる。
【００１３】
図２は、図１に記載の投影露光装置１の一部を示したものである。図１においては、コリメータレンズ３、折り返しミラー５、レンズユニット６、およびダハミラー７で構成される光学系と光源２とが複数（３組）示されているが、図２では、図面を簡単なものとするために、それぞれのうち１組のみが示されている。投影露光装置１の各光学系の挙動は同一であるため、以下の説明は、図２のような、単一の光学系と光源のみが示された図面を参照して行なわれる。
【００１４】
光源２は例えば超高圧水銀灯のような、プリント基板に塗布された感光剤を感光させるのに充分な波長と出力を有する光源である。光源２から放射されるＺ軸負の方向向きの光束はコリメータレンズ３によってマスク４上で矩形状に照明され、次いで折り返しミラー５に入射する。
【００１５】
折り返しミラー５は、直角二等辺三角形断面の三角柱形状の部材であり、その高さ方向はＹ軸に平行である。また、折り返しミラー５の二等辺部側面は反射面であり、その反射面の法線は共に、Ｘ軸と４５度の角度をなしている。折り返しミラー５はマスク４を通過した光束を反射してＸ軸正の方向に向かうよう屈曲させてレンズユニット６に入射させるとともに、レンズユニット６からＸ軸負の方向に折り返しミラー５に投射される光束を反射してＺ軸負の方向に向かうよう屈曲させて基板ホルダ８に固定されたプリント基板Ｂに入射させる。プリント基板Ｂに入射した光束はプリント基板Ｂ上で結像する。すなわち、マスク４の像がプリント基板Ｂ上で結像し、プリント基板Ｂ上に塗布された感光剤によってこの像はプリント基板Ｂ上に転写される。
【００１６】
レンズユニット６は複数の光学部材をＸ軸方向に並べたユニットであり、全体としては凸レンズと同様の働きをする。
【００１７】
ダハミラー７は、２つの反射面がＸＹ面上において９０度の角度で内側を向くように構成されたミラーである。ダハミラー７は、レンズユニット６の焦点位置付近に配置されている。この構成によりマスク４のパターンは基板Ｂ上でＸＹ方向共反転することなく同じ向きに転写される。
【００１８】
マスク４および基板ホルダ８はそれぞれマスク駆動機構１４、基板ホルダ駆動機構１８によって駆動され、Ｘ軸方向に移動可能である。同様に、折り返しミラー５は折り返しミラー駆動機構１５によって駆動され、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能である。また、ダハミラー７はダハミラー駆動機構１７によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。
【００１９】
また、投影露光装置１の各投影光学系にはマスク位置検出手段２４および基板位置検出手段２８が備えられている。マスク位置検出手段２４および基板位置検出手段２８はそれぞれプリント基板Ｂに塗布された感光剤と反応しない波長域および強度のランプと、ＣＣＤカメラとを備えている。マスク位置検出手段２４はランプによってマスク４を照射すると共に、ＣＣＤカメラによってマスク４の全体画像を取得する。同様に、基板位置検出手段２８はランプによってプリント基板Ｂを照射すると共に、ＣＣＤカメラによってプリント基板Ｂの全体画像を取得する。マスク４、プリント基板Ｂのそれぞれ４隅には位置合わせ用のマークがあり、コントローラ１０はマスク位置検出手段２４と基板位置検出手段２８のそれぞれのＣＣＤカメラによって取得されたマスク４およびプリント基板Ｂの全体画像を画像処理することにより、マスク４およびプリント基板Ｂのそれぞれについて、位置合わせ用のマークのそれぞれと光源２から発せられた光束の入射位置との距離を算出することができる。また、コントローラ１０はマスク４およびプリント基板Ｂのそれぞれについて位置合わせ用のマーク間の距離を算出可能であり、マスク４上のマーク間の距離とプリント基板Ｂ上のマーク間の距離とを比較することにより、マスク４の像をプリント基板Ｂ上に転写するときの倍率を決定する。
【００２０】
また高精度な位置合わせと倍率補正が要求される場合はマスク４、プリント基板Ｂの４隅のマーク位置それぞれにＣＣＤカメラ２４，２８を配置して倍率を上げて検出する方法がある。この場合、光束の入射位置に対する各々のＣＣＤカメラ位置は認識でき、このＣＣＤカメラ位置からＣＣＤカメラ同士の間隔を算出する事が可能である。したがって、ＣＣＤカメラ同士の間隔と各ＣＣＤカメラの撮影画像におけるマークの座標とから、位置合わせ用のマークのそれぞれと光源２から発せられた光束の入射位置との距離をより厳密に計測することが可能である。
【００２１】
また、投影露光装置１は基板高さ検出機構３８を有する。コントローラ１０は基板高さ検出機構３８を制御して、プリント基板Ｂの露光面のＺ軸方向の位置を検出することができる。基板高さ検出機構３８の具体的な構成については後述する。
【００２２】
以上のように構成された投影露光装置１によって、マスク４の像をプリント基板Ｂに露光させる方法を図面を用いて以下に説明する。
【００２３】
最初に、プリント基板Ｂの露光面の位置（Ｚ軸方向）、およびプリント基板Ｂ上に結像されるマスク４の像の伸縮比が求められる。
【００２４】
図３は、マスク４をＺ軸正の方向から見た概略図である。マスク４は４辺のそれぞれがＸ軸またはＹ軸と平行である長方形板状の部材である。マスク４の中央部には、プリント配線パターンがかかれているマスク部４ａが形成されており、またマスク４の周縁部４ｂには配線パターンはかかれていない。
【００２５】
マスク４の周縁部４ｂの４隅には位置検出用のマークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄがパターニングされている。マークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄは４辺のそれぞれがＸ軸またはＹ軸と略平行である略長方形様の四角形の４頂点にあり、この四角形の中にマスク部４ａがすべて含まれるようになっている。コントローラ１０はマスク位置検出手段２４を制御して、マークＭ１ａとＭ１ｂとの距離ｌ_１１ｘと、マークＭ１ｃとＭ１ｄとの距離ｌ_１２ｘと、マークＭ１ｂとＭ１ｃとの距離ｌ_１１ｙと、マークＭ１ａとＭ１ｄとの距離ｌ_１２ｙとを算出する。次いで、ｌ_１１ｘとｌ_１２ｘの平均値ｌ_１ｘと、ｌ_１１ｙとｌ_１２ｙの平均値ｌ_１ｙとを求める。
【００２６】
図４は、プリント基板ＢをＺ軸正の方向から見た概略図である。マスク４と同様、プリント基板Ｂの中央部にはプリント配線パターンが転写されるパターン部Ｂ１がある。プリント基板Ｂの周縁部Ｂ２の４隅には位置検出用マークまたは穴があり、これをそれぞれＭ２ａ，Ｍ２ｂ，Ｍ２ｃ，Ｍ２ｄとする。Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ，Ｍ２ｃ，Ｍ２ｄは、４辺のそれぞれがＸ軸またはＹ軸と略平行である略長方形様の四角形の４頂点にあり、この四角形の中にパターン部Ｂ１がすべて含まれるようになっている。コントローラ１０は基板位置検出手段２８を制御して、マークＭ２ａとＭ２ｂとの距離ｌ_２１ｘと、マークＭ２ｃとＭ２ｄとの距離ｌ_２２ｘと、マークＭ２ｂとＭ２ｃとの距離ｌ_２１ｙと、マークＭ２ａとＭ２ｄとの距離ｌ_２２ｙとを算出する。次いで、ｌ_２１ｘとｌ_２２ｘの平均値ｌ_２ｘと、ｌ_２１ｙとｌ_２２ｙの平均値ｌ_２ｙとを求める。
【００２７】
以上のように、ｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，ｌ_１ｙ，ｌ_２ｙを算出することにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれについて、プリント基板Ｂがマスク４に比べてどの程度伸縮しているのかを演算することができる。プリント基板Ｂは整面処理、温度変化、積層工程により伸縮するため伸縮率がＸ，Ｙ方向で異なる。本実施形態の投影露光装置１は、マスク４の像がプリント基板Ｂ上に結像するときの倍率を設定可能となっているが、Ｘ軸方向の倍率とＹ軸方向の倍率とを別個に設定することはできないので、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを演算する。
【００２８】
本実施形態においては、ｌ_１ｘ，ｌ_２ｘ，ｌ_１ｙ，ｌ_２ｙを算出し、次いで、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを式Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘ＋ｌ_２ｙ）／（ｌ_１ｘ＋ｌ_１ｙ）を用いて算出する。
【００２９】
倍率Ｍｇｎ_ｐを前述の式によって演算する構成とすると、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでは異なる伸縮率で引き伸ばされたプリント基板にマスク４の像が適切な倍率Ｍｇｎ_ｐで投影されたとき、マスク４の像の投影位置とプリント基板とのずれ量の最大値を最小に保つことが可能となる。
【００３０】
なお、本実施形態においては適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを上記の式によって演算しているが、本発明は上記の式に限定されるものではなく、他の方法を用いて倍率Ｍｇｎ_ｐを演算しても構わない。例えば、Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘ／ｌ_１ｘ＋ｌ_２ｙ／ｌ_１ｙ）／２とする、ｌ_２ｘ／ｌ_１ｘとｌ_２ｙ／ｌ_１ｙのうちいずれかをＭｇｎ_ｐとする、或いは適切な定数ｍ，ｎを用いてＭｇｎ_ｐ＝（ｍｌ_２ｘ／ｌ_１ｘ＋ｎｌ_２ｙ／ｌ_１ｙ）／（ｍ＋ｎ）としてもよい。
【００３１】
または、図５のように、マスク４が複数の（図中では２つ）部分４ａ_１、４ａ_２に区切られており、またプリント基板Ｂが対応する複数の（図中では２つ）部分Ｂ１_a、Ｂ１_bに区切られている場合は、マスク４の各部分にマークＭ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄが、またプリント基板Ｂの４隅にマークＭ２ａ，Ｍ２ｂ，Ｍ２ｃ，Ｍ２ｄが形成される。また、マスク４の部分ごとにマスク位置検出手段２４が、またプリント基板Ｂの部分ごとに基板位置検出手段２８が配置されている。
【００３２】
このような構成においては、検出手段毎にｌ１ｘ，ｌ２ｘ，ｌ１ｙ，ｌ２ｙを算出し、それぞれの平均値ｌ１ｘｍ，ｌ２ｘｍ，ｌ１ｙｍ，ｌ２ｙｍを演算し、適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを式Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘｍ＋ｌ_２ｙｍ）／（ｌ_１ｘｍ＋ｌ_１ｙｍ）を用いて演算する。また、例えば、Ｍｇｎ_ｐ＝（ｌ_２ｘｍ／ｌ_１ｘｍ＋ｌ_２ｙｍ／ｌ_１ｙｍ）／２とする、ｌ_２ｘｍ／ｌ_１ｘｍとｌ_２ｙｍ／ｌ_１ｙｍのうちいずれかをＭｇｎ_ｐとする、或いは適切な定数ｍ，ｎを用いてＭｇｎ_ｐ＝（ｍｌ_２ｘｍ／ｌ_１ｘｍ＋ｎｌ_２ｙｍ／ｌ_１ｙｍ）／（ｍ＋ｎ）としてもよい。このような構成とすることによって、より適切な倍率Ｍｇｎ_ｐを得ることができる。
【００３３】
図６は、基板ホルダ８およびプリント基板ＢをＹ軸負の方向から見た概略図である。基板高さ検出機構３８はプリント基板Ｂ上に塗布された感光剤と反応しない波長および強度のレーザ光ＬＢをプリント基板Ｂに向けてＸＺ平面上斜め方向に入射させるレーザ光源３８ａと、３８ａより出射した光をプリント基板Ｂ上に集光させる凸レンズ３８ｄと、プリント基板Ｂ上で反射したレーザ光ＬＢを受光する受光部３８ｂと、凸レンズ３８ｃを有する。凸レンズ３８ｃは受光部３８ｂの受光面の手前に、その光軸が反射したレーザ光ＬＢの光軸と平行になるよう配置されており、プリント基板Ｂ上で反射したレーザ光ＬＢを屈折させて受光部３８ｂの受光面内に収める。プリント基板Ｂ上の反射位置と受光部３８ｂは凸レンズ３８ｃの共役位置にあり、倍率μの関係になっている。尚、倍率μとはおよそ凸レンズ３８ｃと受光部３８ｂ間の光軸方向の長さΛ２と、プリント基板Ｂ上反射面と凸レンズ３８ｃ間の光軸方向の長さΛ１の比Λ２／Λ１である。プリント基板Ｂ上で反射した時点でのレーザ光ＬＢが凸レンズ３８ｃの光軸よりもＺ軸負の方向寄り（すなわち、プリント基板Ｂ寄り）のときは、レーザ光ＬＢは凸レンズ３８ｃの光軸よりもＺ軸正の方向寄りの位置に入射する。
【００３４】
受光部３８ｂは受光部３８ｂの受光面のどの位置にレーザ光ＬＢが入射したのかを検出可能であり、この入射位置からプリント基板Ｂの高さを検出可能である。
【００３５】
基板高さ検出機構３８を用いたプリント基板Ｂの高さの検出方法を以下に詳説する。なお、受光部３８ｂの受光面の中心（受光面と凸レンズ３８ｃの光軸とが交差する点）にレーザ光ＬＢが入射したときの基板高さＢＨ_０をあらかじめ実験によって算出する。
【００３６】
ここで、レーザ光ＬＢの入射位置が凸レンズ３８ｃの光軸と受光部３８ｂの受光面との交点からΔＬ_Ｄだけずれている場合、その時の基板高さＢＨは数１によって演算される。なお、レーザ光ＬＢの入射位置がプリント基板Ｂから遠ざかる方向に移動している場合はΔＬ_Ｄ＞０、プリント基板Ｂに近づく方向に移動している場合はΔＬ_Ｄ＜０としている。また、θはレーザ光ＬＢの入射角である。
【００３７】
【数１】

【００３８】
ここでＢＨをより精度良く検出する為にはあらかじめ実験等によりＢＨの変化に対するΔＬ_Ｄを計測しておく方法もある。
【００３９】
以上の方法にて算出したプリント基板Ｂの高さＢＨ、および折り返しミラー５の位置から、マスク４からレンズユニット６に至る光路長とレンズユニット６からプリント基板Ｂの露光面に至る光路長との和Ｄ_Ｌを演算可能となっている。
【００４０】
マスク４上に形成されたパターンがプリント基板Ｂ上にピントが合った状態で結像するようにするためにはレンズユニット６に対してマスク４とプリント基板Ｂの露光面とが共役の関係となるように配置されていなければならない。本実施形態においてはレンズユニット６は固定されており、またマスク４および基板ホルダ８はＺ軸方向には移動しない。
【００４１】
上記のような構成の露光装置１においては、折り返しミラー５をＸ軸方向に移動させることにより、マスク４とプリント基板Ｂの露光面とが共役の関係となるようにしてピント合わせが行われる。距離ＤＬがレンズユニット６の焦点距離の２倍であるとき、マスク４とプリント基板Ｂの露光面とが共役の関係となる。以下、折り返しミラー５の移動によってマスク４上に形成されたパターンがプリント基板Ｂ上に結像するようにする手順を図７を用いて説明する。
【００４２】
図７は、図１の投影露光装置１をＹ軸方向に投影した側面図である。図７においては、図面の簡略化のためレンズユニット６は一枚の凸レンズとして、またダハミラー７は１枚の平面鏡として記載されている。コントローラ１０は距離Ｄ_Ｌとレンズユニット６の焦点距離ｆを比較し、プリント基板Ｂの露光面とマスクのレンズユニット６による結像面との距離の差ΔＤ_Ｌ＝Ｄ_Ｌ−２ｆを求める。次いで、ΔＤ_Ｌ＞０ならばＸ軸正の方向に、またΔＤ_Ｌ＜０ならばＸ軸負の方向に折り返しミラー５を距離|ΔＤ_Ｌ|／２だけ移動させる。ここで、図７においてはΔＤ_Ｌ＞０であり、レンズユニット６による結像面の位置はプリント基板Ｂの露光面よりもＺ軸正の方向に|ΔＤ_Ｌ|だけ移動した位置（図7中２点鎖線で図示された位置）となる。折り返しミラー５をＸ軸正の方向に距離|ΔＤ_Ｌ|／２だけ移動させたときの折り返しミラー５を破線で、またその時の光路を一点鎖線で示す。このときのマスク４からレンズユニット６に至る光路長とレンズユニット６からプリント基板Ｂの露光面に至る光路長との和Ｄ_Ｌ’は折り返しミラー５を動かす前の距離Ｄ_Ｌよりも|ΔＤ_Ｌ|だけ短くなっており、Ｄ_Ｌ’＝２ｆとなる。従ってマスク４とプリント基板Ｂの露光面とが共役の関係となり、マスク４上に形成されたパターンはプリント基板Ｂ上に結像するようになる。従って、上記のように前工程でプリント基板Ｂの高さを計測し、結像位置を調整することで、投影露光装置１は厚さの異なるプリント基板に対応可能となっている。
【００４３】
次いで、マスク４の像がプリント基板Ｂ上に結像するときの倍率を上記の演算によって求めた倍率Ｍｇｎ_ｐに設定する。倍率の設定は、コントローラ１０がダハミラー駆動機構１７を制御してダハミラー７をＸ軸方向に駆動し、さらにコントローラ１０が折り返しミラー駆動機構１５を制御して折り返しミラー５をＺ軸方向に駆動することによって行われる。
【００４４】
図８および図９を用いて倍率の設定の原理について説明する。図８は、レンズユニット６およびダハミラー７をＺ軸正の方向から見た概略図である。図示の簡略のため、レンズユニット６およびダハミラー７はそれぞれ一枚の面として描写されている。また、ダハミラー７に向かう光束を２点鎖線で、ダハミラー７で反射した光束を破線で示す。
【００４５】
倍率を設定するためには、最初にダハミラー７をレンズユニット６の焦点位置７ａからＸ軸正の方向にΔＬ_１移動させる。ダハミラー７をこのように移動させると、レンズユニット６出射時の瞳位置をＸ軸正の方向に２ΔＬ_１ずらす事になる。この結果、平行光束である入射光に対して反射光はテレセン性が扇状に崩れた光束となる。
【００４６】
しかしながら、基板側焦点位置での像の大きさはテレセン性を崩しただけでは変化しない。そこで、レンズユニット６に対するマスク４およびプリント基板Ｂの露光面の相対位置を、マスク４とプリント基板Ｂの露光面とがレンズユニット６に対して共役状態を保つように光学的に移動させる。すなわち、プリント基板Ｂの露光面がレンズユニット６に対して近づけば、プリント基板Ｂの露光面状に結像されるマスクの像は拡大される。反対にプリント基板Ｂの露光面がレンズユニット６に対して遠ざかれば、プリント基板Ｂの露光面状に結像されるマスクの像は縮小される。
【００４７】
レンズユニット６に対するマスク４およびプリント基板Ｂの露光面の相対位置を、マスク４とプリント基板Ｂの露光面とがレンズユニット６に対して共役状態を保つように光学的に移動させるために、折り返しミラー５をＺ軸の方向にΔＤ_１移動させる。なお、ダハミラー７をＸ軸正の方向に移動させた場合に、像を拡大するときは折り返しミラー５をＺ軸負の方向に移動させ、像を縮小するときは折り返しミラー５をＺ軸正の方向に移動させる。また、ダハミラー７をＸ軸負の方向に移動させた場合に、像を拡大するときは折り返しミラー５をＺ軸正の方向に移動させ、像を縮小するときは折り返しミラー５をＺ軸負の方向に移動させる。
【００４８】
図９は、マスク４、折り返しミラー５、レンズユニット６、ダハミラー７、およびプリント基板ＢをＹ軸負の方向から見たものである。図９においては、倍率を設定する前の光束を２点鎖線で、またダハミラー７および折り返しミラー５を移動して倍率を設定した後の光束を破線で示している。なお、図９に示した例においては倍率Ｍｇｎ_ｐ＜１とし、折り返しミラー５はＺ軸正の方向に移動する。
【００４９】
図８、９に示すように、ダハミラー７を位置７ａから７ｂへＸ軸正の方向にΔＬ_１移動させ、さらに折り返しミラー５をＺ軸正の方向にΔＤ_１移動させることにより、マスク４を通過した光束が収縮してプリント基板Ｂ上で結像する。このとき、ΔＬ_１およびΔＤ_１は数２を満たす値に設定される。なお、この倍率補正においては、光軸の中心位置は変化しない。
【００５０】
【数２】

【００５１】
図１０は、上記倍率の設定原理によって像の拡大処理が行われた後の光源２、マスク４およびプリント基板ＢをＸ軸正の方向から見たものである。なお、実際の投影露光装置においては、コリメータレンズ３、折り返しミラー５、レンズユニット６およびダハミラー７を介してマスク４のパターンがプリント基板Ｂ上に結像する構成であるが、図１０においては結像状態を明確に示すため光源２、マスク４およびプリント基板Ｂのみ記載するものとする。図１０に示すように、像の拡大処理が行われると、個々の光源２による像のそれぞれは拡大されるものの、それぞれの像のＹ軸方向の結像位置は変化しない。このため、各光源による像がプリント基板Ｂ上で重なり合って、正確にマスク４のパターンがプリント基板Ｂ上に転写されない。従って、各像のＹ軸方向の結像位置を、像同士が重ならないようにそれぞれＹ軸方向にシフトさせるＹシフト処理が行われる。
【００５２】
図１１および図１２は、マスク４、プリント基板Ｂ、レンズユニット６およびダハミラー７をＺ軸正の方向から見た概略図である。図示の簡略のため、レンズユニット６はそれぞれ一枚の面として描写され、さらに折り返しミラー５を省略して基板面およびマスク面の位置はＸＹ平面上に投影されている。
【００５３】
図１１は、Ｙシフト処理を行う前のマスク４、プリント基板Ｂ、レンズユニット６およびダハミラー７の状態を示したものである。この時、マスク４およびプリント基板Ｂは共にレンズユニット６の焦点距離ｆだけレンズユニット６から離れている。また、ダハミラー７はレンズユニット６の焦点位置Ｏ_Ｍに配置されている。なお、光束を２点鎖線で示す。
【００５４】
この時の光束は、図１１のようなマスク４とプリント基板ＢをＸＹ平面上に投影した図においては、入射光と反射光との光路が等しくなる。
【００５５】
Ｙシフト処理は、コントローラ１０がダハミラー駆動機構１７を制御してダハミラー７をＹ軸方向に駆動し、さらにコントローラ１０が折り返しミラー駆動機構１５を制御して折り返しミラー５をＺ軸方向に駆動することによって行われる。
【００５６】
図１２は、Ｙシフト処理を行ってプリント基板Ｂ上の結像位置をＹ軸負の方向にΔＹ移動させたときのマスク４、プリント基板Ｂ、レンズユニット６およびダハミラー７の状態を示したものである。なお、図１２においては、ダハミラー７によって反射する前の光束を２点鎖線で、また反射後の光束を破線で示す。図１１に示すように、ダハミラー７をＯ_Ｍの位置にあるときは、レンズユニット６からダハミラー７に向かう光束の瞳位置はＯ_Ｍである。一方、ダハミラー７をＯ_ＭからＹ軸正の方向に距離ΔＬ_２だけ移動させると、図１２に示すように上記瞳位置はＯ_ＭからＹ軸正の方向に距離２ΔＬ_２だけ移動する。なお、ダハミラー７をＯ_ＭからＹ軸負の方向に移動させると、上記瞳位置もＯ_ＭからＹ軸負の方向にダハミラー７の移動距離の２倍だけ移動する。
【００５７】
この結果、テレセン性が斜めに崩れるが、マスク４およびプリント基板Ｂは共にレンズユニット６の焦点距離ｆだけレンズユニット６から離れている状態では、プリント基板Ｂ上の結像位置はシフトしない。そこで、折り返しミラー５をＺ軸負の方向にΔＤ_２移動させてマスク４とプリント基板Ｂとが共役状態を保つように両者のレンズユニット６からの光路長を変化させる。折り返しミラー５をＺ軸負の方向にΔＤ_２移動させることにより、マスク４からレンズユニット６の光路長はΔＤ_２増加し、レンズユニット６からプリント基板Ｂへの光路長はΔＤ_２減少する。このとき、ΔＬ_２およびΔＤ_２は数３を満たす値に設定される。
【００５８】
【数３】

【００５９】
ここで、数２のΔＤ_１、数３のΔＤ_２は共に折り返しミラー５のＺ軸方向の移動量を示し、「ΔＤ_１＝ΔＤ_２」を満足する状態で数２および数３の他の軸の移動量を求める。
【００６０】
なお、投影露光装置１に用いられている光源および投影光学系の数をｎ_Ｌとすると、ΔＹの値は数４を用いて求められる。
【００６１】
【数４】

【００６２】
ここで、ａは自然数であり、最もＹ軸負側の光源の場合はａ＝１であり、この隣の光源の場合はａ＝２、さらにその隣の光源の場合はａ＝３・・、というようにａ＝ａｍである光源にＹ軸正側に隣接する光源のａの値はａ＝ａｍ＋１となるように設定される。
【００６３】
また、定数Ｗは倍率補正を行なわない時の１つの投影光学系の露光幅である。
【００６４】
図１３はＹシフト処理が行われた後の光源２、マスク４およびプリント基板ＢをＸ軸正の方向から見たものである。図１３に示すように、上記の手順によってＹシフトが行われると、中央の光源２および投影光学系による像はシフトせず、その隣の光源２および投影光学系による像はそれぞれＷ（Ｍｇｎ_ｐ−１）だけ外側にシフトし、さらにその外側に隣接する光源２による像はそれぞれ２Ｗ（Ｍｇｎ_ｐ−１）だけ外側にシフトする。従って、各像のＹ軸方向の結像位置は、像同士が重ならないように配置され、マスク４のパターンが正確にプリント基板Ｂ上に転写される。
【００６５】
次いで、基板ホルダ８の駆動速度が設定される。本実施形態においてはマスク４の駆動速度は所定値Ｖ_Ｍに固定されている。マスク４のパターンをＸ軸方向に倍率Ｍｇｎ_ｐだけ拡大された状態でプリント基板Ｂ上に転写するためには、基板ホルダ８の駆動速度Ｖ_Ｂを、Ｖ_Ｂ＝Ｍｇｎ_ｐ×Ｖ_Ｍとなるように設定する。
【００６６】
次いで、マスク４とプリント基板ＢとのＸ軸方向の位置合わせを行う。この位置合わせによって、露光時にマスク４のマスク部４ａの中央を通過した光束がプリント基板Ｂのパターン部Ｂ１の中央に入射されるようになる。このように位置合わせを行なうことによって、マスク４のパターンがプリント基板Ｂに転写される時のずれのばらつきを最小限に抑えることができる。
【００６７】
このようにマスク４とプリント基板Ｂとの位置合わせを行った後、光源２を点灯し、マスク４とプリント基板ＢとをＸ軸方向に移動し、マスク４にかかれたパターンをプリント基板Ｂに転写する。
【００６８】
なお、マスク４とプリント基板Ｂとの移動が開始された後も、基板高さ検出機構３８を用いてマスク４からレンズユニット６に至る光路長とレンズユニット６からプリント基板Ｂの露光面に至る光路長との和Ｄ_Ｌは算出されている。Ｄ_Ｌ＝２ｆが常に成立するように折り返しミラー５をＸ方向に駆動することにより、厚さが部位によって異なるようなプリント基板であっても、マスク４上に形成されたパターンをプリント基板Ｂ上に結像させることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の投影露光装置によれば、長手方向と短手方向とで異なる伸縮率で伸縮したプリント基板であっても適切に露光可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による投影露光装置を模式的に示した概略図である。
【図２】図１に記載の投影露光装置の一部を示したものである。
【図３】本発明の実施の形態のマスクの概略図である。
【図４】本発明の実施の形態のプリント基板の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態の別例の、マスク、プリント基板の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態のプリント基板基板高さ検出機構の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態の投影露光装置のピント合わせ機構を模式的に示した概略図である。
【図８】本発明の実施の形態の投影露光装置の、レンズユニットおよびダハミラーをＺ軸正の方向から見た概略図である。
【図９】本発明の実施の形態の投影露光装置の、マスク、折り返しミラー、レンズユニット、ダハミラー、およびプリント基板をＹ軸負の方向から見たものである。
【図１０】本発明の実施の形態において、Ｙシフト操作を行う前の結像状態を模式的に示したものである。
【図１１】本発明の実施の形態の投影露光装置の、マスク、折り返しミラー、レンズユニット、ダハミラー、およびプリント基板をＺ軸正の方向から見たものである。
【図１２】本発明の実施の形態において、Ｙシフト操作を行った後の投影露光装置の、マスク、折り返しミラー、レンズユニット、ダハミラー、およびプリント基板をＺ軸正の方向から見たものである。
【図１３】本発明の実施の形態において、Ｙシフト操作を行った後の結像状態を模式的に示したものである。
【符号の説明】
１投影露光装置
２光源
３コリメータレンズ
４マスク
５折り返しミラー
６レンズユニット
７ダハミラー
８基板ホルダ
１０コントローラ
１４マスク駆動機構
１５折り返しミラー駆動機構
１７ダハミラー駆動機構
１８基板ホルダ駆動機構
２４マスク位置検出手段
２８基板位置検出手段
３８基板高さ検出機構
Ｂプリント基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, a light beam emitted from a light source is transmitted through a mask on which a predetermined pattern is formed, then projected onto a printed wiring board coated with a photosensitive agent, and the predetermined pattern is transferred to the printed wiring board. The present invention relates to an exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
As a method for drawing a wiring pattern of a printed wiring board, a transparent thin film electrode of a liquid crystal panel, and the like, a projection exposure apparatus has been conventionally used. Projection exposure equipment projects a light beam emitted from a high-output light source such as an ultra-high pressure mercury lamp onto a mask with a predetermined pattern, and this light beam is applied to a printed wiring board, integrated circuit, liquid crystal panel or the like coated with a photosensitive agent. An image is formed on the object to be exposed and the mask pattern is transferred to the object to be exposed.
[0003]
In general, a printed wiring board is formed by drilling through holes, copper plating, and then performing a surface treatment to remove an oxide film on the copper surface, and finally a photosensitive agent is applied. The printed wiring board expands and contracts by a maximum of about 0.2% by this surface treatment, temperature change, and lamination process. Since the position of the through-hole also fluctuates due to the expansion and contraction of the printed wiring board, it is desired that such a projection exposure apparatus can change the expansion / contraction rate of the image of the mask pattern formed on the printed wiring board. Yes.
[0004]
In addition, in order to simplify the exposure process and shorten the exposure time, a plurality of light sources are arranged in the sub-scanning direction, a mask is irradiated with the light beams from each light source, and the images of the light beams are optically separated from each other. A projection exposure apparatus configured to form an image side by side in the sub-scanning direction of a printed wiring board by a system is used.
[0005]
However, when such a projection exposure apparatus has a mechanism capable of changing the expansion / contraction ratio of the mask image formed on the printed circuit board, the images from the respective light sources overlap when the mask image is enlarged. Therefore, since an accurate image is not exposed, it has been impossible to achieve both simplification of the exposure process, shortening of the exposure time, and change of the expansion / contraction ratio of the mask image.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of both simplifying an exposure process, shortening an exposure time, and changing the expansion / contraction ratio of a mask image.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the projection exposure apparatus of the present invention, the optical system emits light from each of the light sources and deflects the light beam that has passed through the mask, and the light beam deflected by the first plane mirror. A lens unit that is incident, A roof mirror having two reflecting surfaces arranged at an angle of 90 ° to each other and perpendicular to the mask to reflect the light beam emitted from the lens unit and re-enter the lens unit; , Dach Miller A second plane mirror that deflects the light beam emitted from the lens unit after being reflected and forms an image on the printed circuit board arranged in parallel with the mask, and an image of the mask imaged on the printed circuit board. An image expansion / contraction mechanism capable of changing the expansion / contraction ratio with respect to the mask, and a shift unit capable of moving the image in the sub-scanning direction. Dach Miller The mask and the printed circuit board are both moved from the focal position of the lens unit while maintaining the state in which the reflecting means driving mechanism for moving the lens back and forth in the sub-scanning direction and the mask and the printed circuit board are conjugated to each other. Position setting means for setting the state to be shifted.
[0008]
That is, the light flux from the light source is incident Dach Miller By moving the lens in the sub-scanning direction by a predetermined distance from the central axis of the lens unit of the projection exposure apparatus, Dach Miller Since the focal position of the light beam traveling from the lens to the lens unit is shifted in the sub-scanning direction, the telecentricity in the sub-scanning direction is broken obliquely. Further, by keeping the mask and the printed circuit board in a conjugate state with each other so that they are displaced from the focal position of the lens unit, the image formation position on the substrate of the mask image by the light beam from an arbitrary light source is set in the sub-scanning direction. It is possible to shift. Determine the shift amount of each image so that the images from each light source are adjacent to each other without overlapping, and according to the shift amount Dach Miller When the image of the mask is expanded or contracted even in a projection exposure apparatus in which a plurality of light sources are arranged in the sub-scanning direction by setting the position of the mask and the amount of deviation from the focal position of the mask and the printed circuit board lens unit An accurate image is exposed.
[0009]
Further, by moving the first plane mirror and the second plane mirror close to or away from the mask, the mask and the printed circuit board are held in a conjugate state with respect to the lens unit. A configuration may be adopted in which both the wiring boards are set in a state of being shifted from the focal position of the lens unit.
[0010]
Preferably, when the shift amount of the image in the sub-scanning direction is ΔY, Dach Miller Amount of movement ΔL in the sub-scanning direction ₂ , Movement amount ΔD of the first and second plane mirrors toward the mask ₂ Is the equation ΔY = −ΔD ₂ × 2ΔL ₂ / F is set to be satisfied.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the projection exposure apparatus according to the present embodiment. In the following description, the main scanning direction (direction in which the mask and the printed circuit board are driven) is defined as the X axis, the sub scanning direction is defined as the Y axis, and the direction in which the light beam enters the printed circuit board is defined as the Z axis. Further, the direction from the lower left to the upper right in FIG. 1 is positive for the X axis, the direction from the lower right to the upper left in FIG. 1 is positive for the Y axis, and the direction from the lower to the upper side in FIG.
[0012]
The projection exposure apparatus 1 of this embodiment includes a plurality of light sources 2, a plurality of collimator lenses 3, a mask 4, a plurality of folding mirrors 5, a plurality of lens units 6, a plurality of roof mirrors 7, and a substrate holder 8. Although FIG. 1 shows only three sets of an optical system composed of a collimator lens 3, a folding mirror 5, a lens unit 6, and a roof mirror 7, and a light source 2, an actual projection exposure apparatus has a Y-axis direction. A plurality of light sources and a projection optical system are arranged on the substrate, and the entire printed circuit board can be exposed without reciprocating the mask and the printed circuit board.
[0013]
FIG. 2 shows a part of the projection exposure apparatus 1 shown in FIG. In FIG. 1, a plurality (three sets) of optical systems and light sources 2 including the collimator lens 3, the folding mirror 5, the lens unit 6, and the roof mirror 7 are shown. In FIG. Only one set of each is shown for purposes of illustration. Since the behavior of each optical system of the projection exposure apparatus 1 is the same, the following description will be made with reference to a drawing showing only a single optical system and a light source as shown in FIG.
[0014]
The light source 2 is a light source having a wavelength and an output sufficient for exposing a photosensitive agent applied to a printed circuit board, such as an ultrahigh pressure mercury lamp. The light beam emitted from the light source 2 and directed in the negative Z-axis direction is illuminated in a rectangular shape on the mask 4 by the collimator lens 3 and then enters the folding mirror 5.
[0015]
The folding mirror 5 is a triangular prism-shaped member having a right isosceles triangular cross section, and the height direction thereof is parallel to the Y axis. Further, the side surface of the isosceles part of the folding mirror 5 is a reflecting surface, and the normals of the reflecting surface are both at an angle of 45 degrees with the X axis. The folding mirror 5 reflects the light beam that has passed through the mask 4, bends it in the positive X-axis direction, enters the lens unit 6, and projects it from the lens unit 6 to the folding mirror 5 in the negative X-axis direction. The light beam is reflected, bent so as to go in the negative direction of the Z axis, and incident on the printed circuit board B fixed to the substrate holder 8. The light beam incident on the printed circuit board B forms an image on the printed circuit board B. That is, an image of the mask 4 is formed on the printed circuit board B, and this image is transferred onto the printed circuit board B by the photosensitive agent applied on the printed circuit board B.
[0016]
The lens unit 6 is a unit in which a plurality of optical members are arranged in the X-axis direction, and functions as a whole as a convex lens.
[0017]
The roof mirror 7 is a mirror configured such that the two reflecting surfaces face inward at an angle of 90 degrees on the XY plane. The roof mirror 7 is disposed near the focal position of the lens unit 6. With this configuration, the pattern of the mask 4 is transferred in the same direction on the substrate B without being inverted in the XY directions.
[0018]
The mask 4 and the substrate holder 8 are respectively driven by a mask driving mechanism 14 and a substrate holder driving mechanism 18 and are movable in the X-axis direction. Similarly, the folding mirror 5 is driven by the folding mirror drive mechanism 15 and is movable in the X-axis direction and the Z-axis direction. The roof mirror 7 can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by the roof mirror drive mechanism 17.
[0019]
Each projection optical system of the projection exposure apparatus 1 includes a mask position detection unit 24 and a substrate position detection unit 28. Each of the mask position detection means 24 and the substrate position detection means 28 includes a lamp having a wavelength region and intensity that does not react with the photosensitive agent applied to the printed circuit board B, and a CCD camera. The mask position detecting means 24 irradiates the mask 4 with a lamp, and acquires an entire image of the mask 4 with a CCD camera. Similarly, the substrate position detection means 28 irradiates the printed circuit board B with a lamp, and acquires an entire image of the printed circuit board B with a CCD camera. Marks for alignment are provided at the four corners of the mask 4 and the printed circuit board B, respectively. The controller 10 detects the mask 4 and the printed circuit board B obtained by the CCD cameras of the mask position detecting means 24 and the substrate position detecting means 28, respectively. By performing image processing on the entire image, the distance between each of the alignment marks and the incident position of the light beam emitted from the light source 2 can be calculated for each of the mask 4 and the printed board B. Further, the controller 10 can calculate the distance between the alignment marks for each of the mask 4 and the printed board B, and compares the distance between the marks on the mask 4 with the distance between the marks on the printed board B. Thus, the magnification for transferring the image of the mask 4 onto the printed circuit board B is determined.
[0020]
When high-precision alignment and magnification correction are required, there is a method of detecting by increasing the magnification by arranging

CCD cameras

24 and 28 at the mark positions at the four corners of the mask 4 and the printed circuit board B, respectively. In this case, each CCD camera position with respect to the incident position of the light beam can be recognized, and the interval between the CCD cameras can be calculated from this CCD camera position. Therefore, it is possible to more accurately measure the distance between each of the alignment marks and the incident position of the light beam emitted from the light source 2 from the interval between the CCD cameras and the coordinates of the marks in the captured image of each CCD camera. Is possible.
[0021]
Further, the projection exposure apparatus 1 has a substrate height detection mechanism 38. The controller 10 can detect the position of the exposure surface of the printed board B in the Z-axis direction by controlling the board height detection mechanism 38. A specific configuration of the substrate height detection mechanism 38 will be described later.
[0022]
A method for exposing the image of the mask 4 onto the printed circuit board B by the projection exposure apparatus 1 configured as described above will be described below with reference to the drawings.
[0023]
First, the position (Z-axis direction) of the exposure surface of the printed circuit board B and the expansion / contraction ratio of the image of the mask 4 formed on the printed circuit board B are obtained.
[0024]
FIG. 3 is a schematic view of the mask 4 as viewed from the positive direction of the Z axis. The mask 4 is a rectangular plate member whose four sides are parallel to the X axis or the Y axis. A mask portion 4 a on which a printed wiring pattern is formed is formed at the center portion of the mask 4, and a wiring pattern is not applied to the peripheral portion 4 b of the mask 4.
[0025]
Position detection marks M1a, M1b, M1c, and M1d are patterned at the four corners of the peripheral edge 4b of the mask 4. Each of the marks M1a, M1b, M1c, and M1d is at the four vertices of a substantially rectangular-like quadrangle whose four sides are substantially parallel to the X-axis or Y-axis, and the mask portion 4a is all included in the quadrangle. ing. The controller 10 controls the mask position detecting means 24 so that the distance l between the marks M1a and M1b. _11x And the distance l between the marks M1c and M1d _12x And the distance l between the marks M1b and M1c _11y And the distance l between the marks M1a and M1d _12y And calculate. Then l _11x And l _12x Average value of _1x And l _11y And l _12y Average value of _1y And ask.
[0026]
FIG. 4 is a schematic view of the printed circuit board B viewed from the positive direction of the Z axis. Similar to the mask 4, there is a pattern portion B1 to which a printed wiring pattern is transferred at the center of the printed circuit board B. There are position detection marks or holes at the four corners of the peripheral edge B2 of the printed circuit board B, which are designated as M2a, M2b, M2c, and M2d, respectively. M2a, M2b, M2c, and M2d are located at the four vertices of a substantially rectangular-shaped quadrangle whose four sides are substantially parallel to the X-axis or Y-axis, and all the pattern portions B1 are included in this quadrangle. ing. The controller 10 controls the substrate position detecting means 28 so that the distance l between the marks M2a and M2b. _21x And the distance l between the marks M2c and M2d _22x And the distance l between the marks M2b and M2c _21y And the distance l between the marks M2a and M2d _22y And calculate. Then l _21x And l _22x Average value of _2x And l _21y And l _22y Average value of _2y And ask.
[0027]
As described above, l _1x , L _2x , L _1y , L _2y By calculating the above, it is possible to calculate how much the printed circuit board B is expanded and contracted relative to the mask 4 in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. Since the printed circuit board B expands and contracts due to surface treatment, temperature change, and lamination process, the expansion / contraction rate differs in the X and Y directions. The projection exposure apparatus 1 of the present embodiment can set the magnification when the image of the mask 4 is formed on the printed circuit board B, but the magnification in the X-axis direction and the magnification in the Y-axis direction are separately set. Since it cannot be set, the appropriate magnification Mgn _p Is calculated.
[0028]
In this embodiment, l _1x , L _2x , L _1y , L _2y And then the appropriate magnification Mgn _p The formula Mgn _p = (L _2x + L _2y ) / (L _1x + L _1y ) To calculate.
[0029]
Magnification Mgn _p Is calculated by the above-described equation, the image of the mask 4 is appropriately magnified on the printed circuit board stretched at different expansion ratios in the X-axis direction and the Y-axis direction. _p It is possible to keep the maximum value of the shift amount between the projected position of the image of the mask 4 and the printed circuit board to the minimum.
[0030]
In this embodiment, an appropriate magnification Mgn _p However, the present invention is not limited to the above formula, and the magnification Mgn can be obtained using other methods. _p May be calculated. For example, Mgn _p = (L _2x / L _1x + L _2y / L _1y ) / 2, l _2x / L _1x And l _2y / L _1y One of them _p Or using appropriate constants m, n _p = (Ml _2x / L _1x + Nl _2y / L _1y ) / (M + n).
[0031]
Alternatively, as shown in FIG. 5, the mask 4 has a plurality of (two in the drawing) portions 4a. ₁ 4a ₂ A plurality of (two in the figure) B1 corresponding to the printed circuit board B. _a , B1 _b Are formed in each part of the mask 4, and marks M2a, M2b, M2c, and M2d are formed at the four corners of the printed circuit board B. A mask position detecting unit 24 is arranged for each portion of the mask 4 and a substrate position detecting unit 28 is arranged for each portion of the printed circuit board B.
[0032]
In such a configuration, l1x, l2x, l1y, and l2y are calculated for each detection unit, and average values l1xm, l2xm, l1ym, and l2ym are calculated, and an appropriate magnification Mgn is calculated. _p The formula Mgn _p = (L _2xm + L _2ym ) / (L _1xm + L _1ym ) To calculate. For example, Mgn _p = (L _2xm / L _1xm + L _2ym / L _1ym ) / 2, l _2xm / L _1xm And l _2ym / L _1ym One of them _p Or using appropriate constants m, n _p = (Ml _2xm / L _1xm + Nl _2ym / L _1ym ) / (M + n). By adopting such a configuration, a more appropriate magnification Mgn _p Can be obtained.
[0033]
FIG. 6 is a schematic view of the substrate holder 8 and the printed circuit board B as viewed from the negative Y-axis direction. The substrate height detecting mechanism 38 emits a laser beam LB having a wavelength and intensity that does not react with the photosensitive agent applied on the printed circuit board B in an oblique direction on the XZ plane toward the printed circuit board B, and emitted from the laser light source 38a. A convex lens 38d for condensing the emitted light on the printed circuit board B, a light receiving unit 38b for receiving the laser light LB reflected on the printed circuit board B, and a convex lens 38c. The convex lens 38c is disposed in front of the light receiving surface of the light receiving unit 38b so that its optical axis is parallel to the optical axis of the reflected laser beam LB, and refracts the laser beam LB reflected on the printed circuit board B to receive the light. It fits in the light-receiving surface of the part 38b. The reflection position on the printed circuit board B and the light receiving portion 38b are at the conjugate position of the convex lens 38c and have a relationship of magnification μ. The magnification μ is a ratio Λ2 / Λ1 of a length Λ2 between the convex lens 38c and the light receiving portion 38b in the optical axis direction and a length Λ1 between the reflecting surface on the printed circuit board B and the convex lens 38c in the optical axis direction. When the laser beam LB at the time of reflection on the printed circuit board B is closer to the negative Z-axis direction (that is, closer to the printed circuit board B) than the optical axis of the convex lens 38c, the laser light LB is more than the optical axis of the convex lens 38c. Incident at a position near the positive direction of the Z-axis.
[0034]
The light receiving unit 38b can detect at which position on the light receiving surface of the light receiving unit 38b the laser beam LB is incident, and can detect the height of the printed circuit board B from this incident position.
[0035]
A method for detecting the height of the printed circuit board B using the substrate height detection mechanism 38 will be described in detail below. The substrate height BH when the laser beam LB is incident on the center of the light receiving surface of the light receiving unit 38b (the point where the light receiving surface intersects the optical axis of the convex lens 38c). ₀ Is previously calculated by experiment.
[0036]
Here, the incident position of the laser beam LB is ΔL from the intersection of the optical axis of the convex lens 38c and the light receiving surface of the light receiving unit 38b. _D If there is a deviation, the substrate height BH at that time is calculated by Equation 1. If the incident position of the laser beam LB moves away from the printed circuit board B, ΔL _D > 0, ΔL when moving in the direction approaching the printed circuit board B _D <0. Θ is the incident angle of the laser beam LB.
[0037]
[Expression 1]

[0038]
Here, in order to detect BH with higher accuracy, ΔL with respect to a change in BH is determined in advance through experiments or the like. _D There is also a method to measure.
[0039]
The height BH of the printed circuit board B calculated by the above method and the optical path length from the mask 4 to the lens unit 6 from the position of the folding mirror 5 and the optical path length from the lens unit 6 to the exposure surface of the printed circuit board B Sum D _L Can be calculated.
[0040]
In order for the pattern formed on the mask 4 to form an image in a focused state on the printed circuit board B, the mask 4 and the exposed surface of the printed circuit board B have a conjugate relationship with respect to the lens unit 6. Must be arranged so that In the present embodiment, the lens unit 6 is fixed, and the mask 4 and the substrate holder 8 do not move in the Z-axis direction.
[0041]
In the exposure apparatus 1 configured as described above, focusing is performed so that the mask 4 and the exposure surface of the printed circuit board B are in a conjugate relationship by moving the folding mirror 5 in the X-axis direction. When the distance DL is twice the focal length of the lens unit 6, the mask 4 and the exposed surface of the printed circuit board B have a conjugate relationship. Hereinafter, a procedure for forming an image of the pattern formed on the mask 4 by moving the folding mirror 5 on the printed circuit board B will be described with reference to FIG.
[0042]
FIG. 7 is a side view of the projection exposure apparatus 1 of FIG. 1 projected in the Y-axis direction. In FIG. 7, the lens unit 6 is described as a single convex lens and the roof mirror 7 is described as a single plane mirror for simplification of the drawing. Controller 10 is distance D _L And the focal length f of the lens unit 6 are compared, and the difference ΔD between the exposure surface of the printed circuit board B and the imaging surface of the mask lens unit 6 is compared. _L = D _L -2f is obtained. Then ΔD _L > 0 if X axis positive direction, and ΔD _L If <0, the folding mirror 5 is moved to the distance | ΔD in the negative direction of the X axis. _L Move it by | / 2. Here, in FIG. 7, ΔD _L > 0, and the position of the image formation plane by the lens unit 6 is | ΔD in the positive direction of the Z axis with respect to the exposure surface of the printed circuit board B. _L The position is moved by | (the position indicated by the two-dot chain line in FIG. 7). Distance | ΔD of folding mirror 5 in the positive direction of the X axis _L The folding mirror 5 when moved by | / 2 is indicated by a broken line, and the optical path at that time is indicated by a one-dot chain line. The sum D of the optical path length from the mask 4 to the lens unit 6 at this time and the optical path length from the lens unit 6 to the exposure surface of the printed circuit board B _L 'Is the distance D before moving the folding mirror 5 _L Than | ΔD _L | Only shortened, D _L '= 2f. Accordingly, the mask 4 and the exposed surface of the printed circuit board B have a conjugate relationship, and the pattern formed on the mask 4 forms an image on the printed circuit board B. Therefore, by measuring the height of the printed circuit board B and adjusting the imaging position in the previous process as described above, the projection exposure apparatus 1 can cope with printed circuit boards having different thicknesses.
[0043]
Next, the magnification Mgn obtained by the above calculation is the magnification when the image of the mask 4 is formed on the printed circuit board B. _p Set to. The magnification is set by the controller 10 controlling the roof mirror driving mechanism 17 to drive the roof mirror 7 in the X-axis direction, and the controller 10 controlling the folding mirror driving mechanism 15 to drive the folding mirror 5 in the Z-axis direction. Is done by.
[0044]
The principle of setting the magnification will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic view of the lens unit 6 and the roof mirror 7 as viewed from the positive direction of the Z axis. For simplicity of illustration, the lens unit 6 and the roof mirror 7 are each depicted as one surface. Further, a light beam traveling toward the roof mirror 7 is indicated by a two-dot chain line, and a light beam reflected by the roof mirror 7 is indicated by a broken line.
[0045]
In order to set the magnification, first, the roof mirror 7 is moved ΔL from the focal position 7a of the lens unit 6 in the positive direction of the X axis. ₁ Move. When the roof mirror 7 is moved in this way, the pupil position when exiting the lens unit 6 is 2ΔL in the positive X-axis direction. ₁ It will shift. As a result, with respect to the incident light that is a parallel light flux, the reflected light becomes a light flux whose telecentricity has collapsed into a fan shape.
[0046]
However, the size of the image at the substrate-side focal position does not change only by breaking the telecentricity. Therefore, the relative positions of the exposure surface of the mask 4 and the printed circuit board B with respect to the lens unit 6 are optically moved so that the exposure surface of the mask 4 and the printed circuit board B maintains a conjugate state with respect to the lens unit 6. That is, when the exposure surface of the printed circuit board B comes close to the lens unit 6, the mask image formed on the exposure surface of the printed circuit board B is enlarged. On the contrary, if the exposure surface of the printed circuit board B moves away from the lens unit 6, the image of the mask formed on the exposure surface of the printed circuit board B is reduced.
[0047]
In order to optically move the relative positions of the exposure surface of the mask 4 and the printed circuit board B with respect to the lens unit 6 so that the exposure surface of the mask 4 and the printed circuit board B maintains a conjugate state with respect to the lens unit 6. ΔD in the direction of the Z-axis mirror 5 ₁ Move. When the roof mirror 7 is moved in the positive direction of the X axis, when the image is enlarged, the folding mirror 5 is moved in the negative direction of the Z axis, and when the image is reduced, the folding mirror 5 is moved in the positive direction of the Z axis. Move in the direction. Further, when the roof mirror 7 is moved in the negative direction of the X axis, when the image is enlarged, the folding mirror 5 is moved in the positive direction of the Z axis, and when the image is reduced, the folding mirror 5 is moved in the negative direction of the Z axis. Move in the direction.
[0048]
FIG. 9 shows the mask 4, the folding mirror 5, the lens unit 6, the roof mirror 7, and the printed circuit board B as viewed from the negative Y-axis direction. In FIG. 9, the luminous flux before setting the magnification is shown by a two-dot chain line, and the luminous flux after moving the roof mirror 7 and the folding mirror 5 to set the magnification is shown by a broken line. In the example shown in FIG. 9, the magnification Mgn _p <1, and the folding mirror 5 moves in the positive Z-axis direction.
[0049]
As shown in FIGS. 8 and 9, the roof mirror 7 is moved ΔL from the position 7a to 7b in the positive direction of the X axis. ₁ Move the folding mirror 5 further in the positive direction of the Z-axis by ΔD ₁ By moving, the light flux that has passed through the mask 4 contracts and forms an image on the printed circuit board B. At this time, ΔL ₁ And ΔD ₁ Is set to a value satisfying Equation 2. In this magnification correction, the center position of the optical axis does not change.
[0050]
[Expression 2]

[0051]
FIG. 10 shows the light source 2, the mask 4, and the printed board B after the image enlargement processing is performed according to the magnification setting principle, as viewed from the positive direction of the X axis. In the actual projection exposure apparatus, the pattern of the mask 4 is formed on the printed circuit board B through the collimator lens 3, the folding mirror 5, the lens unit 6 and the roof mirror 7, but in FIG. Only the light source 2, the mask 4 and the printed circuit board B are described to clearly show the image state. As shown in FIG. 10, when the image enlargement process is performed, each of the images by the individual light sources 2 is enlarged, but the image forming position in the Y-axis direction of each image does not change. For this reason, images from the respective light sources overlap on the printed circuit board B, and the pattern of the mask 4 is not accurately transferred onto the printed circuit board B. Therefore, Y shift processing is performed to shift the image forming position of each image in the Y axis direction so that the images do not overlap each other.
[0052]
11 and 12 are schematic views of the mask 4, the printed circuit board B, the lens unit 6 and the roof mirror 7 as seen from the positive direction of the Z axis. For simplicity of illustration, the lens units 6 are depicted as one surface, and the folding mirror 5 is omitted, and the positions of the substrate surface and the mask surface are projected on the XY plane.
[0053]
FIG. 11 shows the state of the mask 4, the printed circuit board B, the lens unit 6, and the roof mirror 7 before performing the Y shift process. At this time, the mask 4 and the printed circuit board B are both separated from the lens unit 6 by the focal length f of the lens unit 6. The roof mirror 7 has a focal position O of the lens unit 6. _M Is arranged. The luminous flux is indicated by a two-dot chain line.
[0054]
At this time, the light paths of the incident light and the reflected light are equal to each other in the figure in which the mask 4 and the printed board B are projected on the XY plane as shown in FIG.
[0055]
In the Y shift process, the controller 10 controls the roof mirror driving mechanism 17 to drive the roof mirror 7 in the Y-axis direction, and the controller 10 controls the folding mirror driving mechanism 15 to drive the folding mirror 5 in the Z-axis direction. Is done by.
[0056]
FIG. 12 shows the state of the mask 4, the printed circuit board B, the lens unit 6 and the roof mirror 7 when the image forming position on the printed circuit board B is moved by ΔY in the negative Y-axis direction by performing the Y shift process. It is. In FIG. 12, the light flux before being reflected by the roof mirror 7 is indicated by a two-dot chain line, and the light flux after reflection is indicated by a broken line. As shown in FIG. _M Is located at the position, the pupil position of the luminous flux from the lens unit 6 toward the roof mirror 7 is O _M It is. On the other hand, the Dach mirror 7 is O _M To the Y-axis positive direction from the distance ΔL ₂ As shown in FIG. 12, the pupil position is O _M Distance 2ΔL in the positive direction of the Y-axis ₂ Just move. In addition, the Dach mirror 7 is O _M When moving in the negative Y-axis direction, the pupil position is also O _M Is moved in the negative direction of the Y axis by twice the moving distance of the roof mirror 7.
[0057]
As a result, the telecentricity is broken obliquely, but the image forming position on the printed circuit board B does not shift when both the mask 4 and the printed circuit board B are separated from the lens unit 6 by the focal length f of the lens unit 6. Therefore, the folding mirror 5 is set to ΔD in the negative direction of the Z axis. ₂ The optical path lengths from both lens units 6 are changed so that the mask 4 and the printed circuit board B are kept in a conjugate state by being moved. ΔD in the negative direction of the Z-axis of the folding mirror 5 ₂ By moving, the optical path length from the mask 4 to the lens unit 6 is ΔD. ₂ The optical path length from the lens unit 6 to the printed circuit board B is ΔD ₂ Decrease. At this time, ΔL ₂ And ΔD ₂ Is set to a value satisfying Equation 3.
[0058]
[Equation 3]

[0059]
Here, ΔD in Equation 2 ₁ , ΔD of Equation 3 ₂ Indicates the amount of movement of the folding mirror 5 in the Z-axis direction. ₁ = ΔD ₂ The movement amounts of the other axes in

Equations

2 and 3 are obtained in a state where “is satisfied.
[0060]
Note that the number of light sources and projection optical systems used in the projection exposure apparatus 1 is n. _L Then, the value of ΔY is obtained using Equation 4.
[0061]
[Expression 4]

[0062]
Here, a is a natural number, a = 1 in the case of the light source closest to the Y-axis, a = 2 in the case of the adjacent light source, and a = 3 in the case of the adjacent light source. In this way, the value of a of the light source adjacent to the light source with a = am on the Y axis positive side is set to be a = am + 1.
[0063]
The constant W is the exposure width of one projection optical system when magnification correction is not performed.
[0064]
FIG. 13 shows the light source 2, the mask 4, and the printed board B after the Y shift process is viewed from the positive direction of the X axis. As shown in FIG. 13, when the Y shift is performed by the above procedure, the image by the central light source 2 and the projection optical system is not shifted, and the image by the adjacent light source 2 and the projection optical system is W (Mgn _p -1) is shifted outward, and the image by the light source 2 adjacent to the outer side is 2 W (Mgn), respectively. _p Shift outward by -1). Therefore, the image forming positions in the Y-axis direction of the respective images are arranged so that the images do not overlap each other, and the pattern of the mask 4 is accurately transferred onto the printed board B.
[0065]
Next, the driving speed of the substrate holder 8 is set. In this embodiment, the driving speed of the mask 4 is a predetermined value V. _M It is fixed to. Magnification of the pattern of the mask 4 in the X-axis direction Mgn _p In order to transfer the image on the printed circuit board B in an enlarged state, the drive speed V of the substrate holder 8 _B V _B = Mgn _p × V _M Set to be.
[0066]
Next, alignment of the mask 4 and the printed circuit board B in the X-axis direction is performed. By this alignment, the light beam that has passed through the center of the mask portion 4a of the mask 4 at the time of exposure enters the center of the pattern portion B1 of the printed circuit board B. By performing the alignment in this way, it is possible to minimize variation in deviation when the pattern of the mask 4 is transferred to the printed board B.
[0067]
After aligning the mask 4 and the printed circuit board B in this way, the light source 2 is turned on, the mask 4 and the printed circuit board B are moved in the X-axis direction, and the pattern written on the mask 4 is applied to the printed circuit board B. Transcript.
[0068]
Even after the movement of the mask 4 and the printed circuit board B is started, the optical path length from the mask 4 to the lens unit 6 and the exposure surface of the printed circuit board B from the mask 4 using the substrate height detection mechanism 38 are reached. Sum D with optical path length _L Is calculated. D _L By driving the folding mirror 5 in the X direction so that = 2f is always established, the pattern formed on the mask 4 is connected to the printed circuit board B even if the printed circuit board has a different thickness depending on the part. Can be imaged.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the projection exposure apparatus of the present invention, even a printed circuit board that expands and contracts at different expansion ratios in the longitudinal direction and the lateral direction can be appropriately exposed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view schematically showing a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a part of the projection exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a mask according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a printed circuit board according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a mask and a printed circuit board according to another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a printed circuit board substrate height detection mechanism according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view schematically showing a focusing mechanism of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention when a lens unit and a roof mirror are viewed from the positive direction of the Z axis.
FIG. 9 shows a mask, a folding mirror, a lens unit, a roof mirror, and a printed circuit board of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention as viewed from the negative Y-axis direction.
FIG. 10 schematically illustrates an imaging state before performing a Y shift operation in the embodiment of the present invention.
FIG. 11 shows a mask, a folding mirror, a lens unit, a roof mirror, and a printed circuit board of the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention as viewed from the positive direction of the Z axis.
FIG. 12 shows the mask, the folding mirror, the lens unit, the roof mirror, and the printed circuit board of the projection exposure apparatus after performing the Y shift operation when viewed from the positive Z-axis direction in the embodiment of the present invention. .
FIG. 13 schematically illustrates an imaging state after performing a Y shift operation in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Projection exposure equipment
2 Light source
3 Collimator lens
4 Mask
5 Folding mirror
6 Lens unit
7 Dach Miller
8 Substrate holder
10 Controller
14 Mask drive mechanism
15 Folding mirror drive mechanism
17 Dach mirror drive mechanism
18 Substrate holder drive mechanism
24 Mask position detection means
28 Substrate position detection means
38 Board height detection mechanism
B Printed circuit board

Claims

A plurality of light sources are arranged side by side in the sub-scanning direction, the mask is irradiated with light beams from each light source, and images formed by the light beams are formed in parallel in the sub-scanning direction of the printed wiring board by separate optical systems. A projection exposure apparatus,
Each optical system is
A first plane mirror that deflects the light beam emitted from each of the light sources and passed through the mask;
A lens unit on which the light beam deflected by the first plane mirror is incident;
A roof mirror having two reflection surfaces arranged at an angle of 90 ° to each other and perpendicular to the mask, and reflecting the light beam emitted from the lens unit and re-entering the lens unit; ,
A second plane mirror that deflects the light beam emitted from the lens unit after being reflected by the roof mirror and forms an image on the printed wiring board disposed in parallel with the mask;
An image expansion / contraction mechanism capable of changing an expansion / contraction ratio of the mask image formed on the printed wiring board with respect to the mask;
Shift means capable of moving the image in the sub-scanning direction,
The shifting means is
A reflection means driving mechanism for moving the roof mirror back and forth in the sub-scanning direction;
Position setting means for setting the mask and the printed wiring board to be out of the focal position of the lens unit while maintaining the state in which the mask and the printed wiring board are conjugated to each other with respect to the lens unit. And a projection exposure apparatus comprising:

The position setting means moves the first plane mirror and the second plane mirror close to or away from the mask so that the mask and the printed wiring board are conjugated with each other with respect to the lens unit. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein both the mask and the printed wiring board are set in a state of being shifted from a focal position of the plurality of lens units while maintaining the state.

Assuming that the shift amount of the image in the sub-scanning direction is ΔY, the movement amount ΔL ₂ of the roof mirror in the sub-scanning direction and the movement amount ΔD ₂ of the first and second plane mirrors in the direction toward the mask are: formula

ΔY
= −ΔD ₂ × 2ΔL ₂ / f

The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the projection exposure apparatus is set to satisfy the following condition.

4. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the first plane mirror and the second plane mirror constitute a part of a folding mirror.

The folding mirror has a triangular prism shape with a right isosceles triangle cross section, and the first plane mirror and the second plane mirror are respectively formed on side surfaces of the isosceles portion of the folding mirror. 5. The projection exposure apparatus according to 4.

6. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the image expansion / contraction mechanism includes an expansion / contraction rate measuring unit capable of measuring an expansion / contraction rate of the printed wiring board.

The expansion / contraction rate measuring means includes substrate observation means for measuring a distance between at least two marks formed in the longitudinal direction and the short direction on the printed wiring board, respectively. The projection exposure apparatus according to claim 6, wherein an expansion / contraction ratio of the printed wiring board is measured using a measurement result of the means.

The expansion / contraction rate measuring means has mask observation means for measuring the distance between at least two marks formed in the longitudinal direction and the short direction on the mask, respectively, and the expansion / contraction rate measuring means is the substrate observation means. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the expansion / contraction ratio of the printed wiring board is measured by comparing the measurement result of the above and the measurement result of the mask observing means.