JP4543069B2 - Maskless exposure system - Google Patents
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Description
本発明はマスクを用いずに露光基板にパターンを露光するマスクレス露光装置に関する。 The present invention relates to a maskless exposure apparatus that exposes a pattern on an exposure substrate without using a mask.
プリント基板に配線パターン等を形成するため、従来はパターンを予めマスクに形成しておき、マスク露光機を用いてこのマスクパターンを投影露光したり、密着或いはプロキシミティ露光により露光基板にパターンを露光していた。近年マスクを用いることなく直接露光基板に露光する技術が開発され、産業的な活用が始まっている(特許文献1)。そして、このようなマスクレス露光装置により、例えば、パターン幅が20μmのプリント基板を製作することができた。
電子部品等の実装密度をさらに向上させるため、パターン幅を10μm以下まで細くすることが望まれている。しかし、10μm以下のパターンを露光させる場合、焦点深度の幅が狭いため、露光基板に反りや厚さむらがあるとパターンの幅を均一にすることが困難になる。 In order to further improve the mounting density of electronic components and the like, it is desired to reduce the pattern width to 10 μm or less. However, when a pattern of 10 μm or less is exposed, since the depth of focus is narrow, it is difficult to make the pattern width uniform if the exposure substrate is warped or uneven in thickness.
本発明の目的は、前記課題を解決し、ワークに反りや厚さむらがある場合でも、ワークの表面に均一な幅のパターンを露光することができるマスクレス露光装置を提供するにある。 An object of the present invention is to provide a maskless exposure apparatus capable of solving the above-described problems and exposing a pattern having a uniform width on the surface of a workpiece even when the workpiece has warpage or thickness unevenness.
上記の課題を解決するために、本発明は、露光照明光を出力する露光光源と、2次元空間変調器と、第1の投影レンズと、マイクロレンズアレーと、第2の投影レンズと、露光基板を保持し前記第2の投影レンズの光軸に直交する方向に移動するステージと、板厚方向の一方の面が板厚方向の他方の面に対して角度θの傾斜面である第1と第2の2つの楔ガラスと、前記楔ガラスの少なくとも一方を移動させる移動手段と、を有し、前記第1の楔ガラスの前記他方の面を前記第2の投影レンズの光軸に対して垂直に配置すると共に、前記第2の楔ガラスの前記一方の面を前記第1の楔ガラスの当該一方の面との距離が予め定める値になるように組み合わせて、前記第2の投影レンズの入射側または出射側に配置したマスクレス露光装置において、前記第2の投影レンズの前記露光走査する方向の手前側に位置し、前記露光走査方向と直交する方向に並べられた複数の基板表面の高さ検出手段と、前記複数の高さ検出手段によって検出された複数の高さ情報から、前記検出した基板上の位置が当該基板の露光走査により前記第2の投影レンズの光軸に至るまでの間に前記第2の投影レンズの焦点位置を演算し、前記基板上の位置が前記第2の投影レンズの光軸に至るときに前記第2の投影レンズの焦点が前記位置の基板の表面に一致するように前記移動手段を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は前記高さ検出手段によって検出された検出結果を保存すると共に、前記第2の投影レンズの焦点深度を超える可能性の高い位置を露光後に警告表示し、あるいは前記第2の投影レンズの焦点深度を超える可能性の高い位置を露光後に保存することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides an exposure light source that outputs exposure illumination light, a two-dimensional spatial modulator, a first projection lens, a microlens array, a second projection lens, and an exposure. A stage that holds the substrate and moves in a direction perpendicular to the optical axis of the second projection lens, and a first surface in the plate thickness direction is an inclined surface having an angle θ with respect to the other surface in the plate thickness direction. And the second two wedge glasses, and a moving means for moving at least one of the wedge glasses, and the other surface of the first wedge glass with respect to the optical axis of the second projection lens And the second projection lens is combined in such a way that the distance between the one surface of the second wedge glass and the one surface of the first wedge glass becomes a predetermined value. In a maskless exposure apparatus placed on the incident or exit side A plurality of substrate surface height detectors arranged on the front side of the second projection lens in the exposure scanning direction and arranged in a direction orthogonal to the exposure scanning direction; and the plurality of height detectors The focal position of the second projection lens is determined from the plurality of height information detected by the time until the detected position on the substrate reaches the optical axis of the second projection lens by exposure scanning of the substrate. A control circuit that calculates and controls the moving means so that the focal point of the second projection lens coincides with the surface of the substrate at the position when the position on the substrate reaches the optical axis of the second projection lens. And the control circuit stores a detection result detected by the height detection means, and displays a warning after exposure at a position likely to exceed the focal depth of the second projection lens, or the Second projection lens A position that is likely to exceed the focal depth of the image is stored after exposure .
ワークに反りや厚さむらがあっても、ワークの表面に均一な幅のパターンを露光することができる。 Even if the workpiece has warpage or uneven thickness, a pattern having a uniform width can be exposed on the surface of the workpiece.
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
図1は本発明に係る第1のマスクレス露光装置の構成図である。 FIG. 1 is a block diagram of a first maskless exposure apparatus according to the present invention.
7つの光軸からなる露光照明系11〜17はほぼ同じ構造である。なお、図面の煩雑さを避けるため、同図では7本の光軸系の内表示しやすい部分にのみ番号や信号線(点線)が表示されているが、総ての光軸に同じように番号や信号線がある。以下、露光照明系11〜17のうちの露光照明系17について説明する。
The
露光照明系17から出射した露光照明光は折り返しミラー27により上方にある2次元空間変調器37に照射される。ここでは、2次元空間変調器としてディジタルミラーデバイス(以下、「DMD」という。)37を用いている。
The exposure illumination light emitted from the
DMD37にはxy面内に多数の可動マイクロミラーがマトリックス状に配置されている。制御装置9から各マイクロミラーにON/OFF信号が送られると、ONの信号を受けたマイクロミラーは一定角度傾き、入射した露光照明光を反射させて第1の投影レンズ47に入射させる。また、OFFの状態のマイクロミラーで反射された露光照明光は第1の投影レンズ47には入射せず、露光には寄与しない。投影レンズ47を透過した露光照明光はマイクロレンズアレー57に入射する。DMD37のマイクロミラーの拡大像(又は縮小像)が形成されるマイクロレンズアレー57の位置にはそれぞれマイクロレンズが配置されている。
In the
マイクロレンズアレー57に配置された各マイクロレンズは焦点距離がfMの凸レンズであり、各マイクロレンズにほぼ垂直に入射する露光照明光(ON状態のマイクロミラーから来た露光照明光)は各マイクロレンズからおおよそfMの位置に微小なスポットを形成する。
Each microlens disposed on the
なお、このスポット形成位置にほぼスポット径と同じ開口径を有するピンホールアレーを配置しても良い。ピンホールアレーを配置することにより、余分(不要)な光を遮光することができる。 Note that a pinhole array having an opening diameter substantially equal to the spot diameter may be disposed at the spot forming position. By arranging the pinhole array, extra (unnecessary) light can be shielded.
マイクロレンズの下方fMの位置に生じたスポットパターンは第2の投影レンズ67に入射し、第2の投影レンズ67を出射した露光照明光は楔ガラス717と楔ガラス727とからなる楔ガラスユニットGU7を透過して、露光基板8上に倍率Mのスポットパターン配列像を形成する。
Spot pattern produced at a position below f M of the microlens is incident on the
次に、楔ガラスユニットGU7について説明する。 Next, the wedge glass unit GU7 will be described.
図2は楔ガラスユニットGU7の要部斜視図であり、図3は図2のK矢視図である。 FIG. 2 is a perspective view of the main part of the wedge glass unit GU7, and FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow K in FIG.
楔ガラス717は、板厚方向の一方の面717bが板厚方向の他方の面717aに対して角度θの傾斜面である。また、楔ガラス727は、板厚方向の一方の面727bが板厚方向の他方の面727aに対して角度θの傾斜面である。そして、面717aは第2の投影レンズ67の光軸に対して垂直に配置されている。一方、楔ガラス727は面727bが面717bに対して距離(間隔)δになるように組み合わせて配置されている。なお、この実施形態においては、楔ガラス727と楔ガラス717のxy方向の大きさはそれぞれ同じであり、図3に示すように、両者がz方向から見て、ぴったり重なるとき(以下、この場合の両者の位置を「楔ガラスの基準位置」という。)の面717aから面727aまでの距離はtである。以下、距離tを楔ガラスの「トータル厚さ」という。基準位置におけるトータル厚さtは4〜7mmに設定される。また、距離δは0.01〜0.3mmの間の一定値である。なお、距離δの最小値を0.01mmよりも小さくしても良いが、後述する移動機構の製作の容易さを考慮すると、距離δの最小値を0.05mm程度とするのが実用的である。また、距離δの最大値を0.3mmとするのは、距離δが0.3mmを超えると収差が大きくなるためである。
In the
図示を省略する移動機構は、楔ガラス727(または楔ガラス717のいずれか一方)を面727bに沿って(厳密に云えば、斜面の法線に直交し斜面に平行なベクトルの方向に沿って)楔ガラス727を移動させる。この移動機構は制御回路9により制御される。
The moving mechanism (not shown) moves the wedge glass 727 (or one of the wedge glasses 717) along the
いま、楔ガラス727を前記斜面に沿ってy方向に十Δy移動させると、投影レンズ2の光軸に平行な方向のガラスのトータル厚さ変化Δtは下記の式1で与えられる。
Now, if the
Δt=−Δy・tanθ ・・・(式1)
ここで、楔ガラス717、727の屈折率をnとする。すると、トータル厚さがΔt変化することにより、第2の投影レンズ727の焦点位置の変化量Δzは下記の式2で表される(なお、上方がプラスである)。
Δt = −Δy · tan θ (Formula 1)
Here, the refractive index of the
Δz=−Δt・(n−1)/n
=Δy・tanθ ・(n−1)/n ・・・・(式2)
すなわち、楔ガラスユニットGU7は焦点合わせ装置である。
Δz = −Δt · (n−1) / n
= Δy · tan θ (n-1) / n (Expression 2)
That is, the wedge glass unit GU7 is a focusing device.
そこで、露光基板8上のレジスト面或いはレジストが載っている面の高さh(x、y)が予め測定されている場合は、以下のようにしてスポットの像をレジスト面上に位置決めすることができる。すなわち、高さh(x、y)のデータを制御回路9に入れておくと共に、楔ガラス717,727を基準位置に配置し、第2の投影レンズ67の結像面が露光基板8の設計上の表面高さに一致するようにしておく。そして、制御回路9に記憶されているデータに基づいて投影レンズが露光する領域の平均高さhmを求め、式2におけるΔzがhmの高さになる(Δz=hm)ように楔ガラス72をΔy移動させて、露光する。このようにすると、精度に優れる露光を行うことができる。
Therefore, when the height h (x, y) of the resist surface on the
ところで、従来のマスクレス露光装置では露光基板の表面が平坦であると仮定し、第2の投影レンズ61〜67の結像面が仮定した露光基板の表面に一致するようにして第2の投影レンズ61〜67をz方向に位置決めしていた。 By the way, in the conventional maskless exposure apparatus, it is assumed that the surface of the exposure substrate is flat, and the second projection lens 61 to 67 is formed so that the imaging plane of the second projection lenses 61 to 67 coincides with the assumed surface of the exposure substrate. The lenses 61 to 67 were positioned in the z direction.
しかし、例えば多層プリント基板の場合、場所により板厚が異なっているだけでなく、基板の積層化に伴う基板面の反りやうねり等のため、露光面が平坦である場合はほとんどない。このため、例えば、パターンの幅を均一にすることが困難であった。 However, in the case of a multilayer printed circuit board, for example, not only the plate thickness differs depending on the location, but also there is almost no case where the exposure surface is flat due to warpage or undulation of the substrate surface accompanying the lamination of the substrates. For this reason, for example, it has been difficult to make the width of the pattern uniform.
次に、露光基板の表面に凹凸がある場合や、反りがある場合でも精度に優れる露光を行うことができるマスクレス露光装置について説明する。 Next, a maskless exposure apparatus that can perform exposure with excellent accuracy even when the surface of the exposure substrate is uneven or warps will be described.
なお、楔ガラスユニットGU7は第2の投影レンズ67の入口側(すなわち、マイクロレンズアレー57と第2の投影レンズ67との間)に配置してもよい。
The wedge glass unit GU7 may be disposed on the entrance side of the second projection lens 67 (that is, between the
図4は本発明に係るマスクレス露光装置の構成図であり、図1と同じものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、図5は高さ検出器の構成図である。 FIG. 4 is a block diagram of a maskless exposure apparatus according to the present invention. The same components as those in FIG. FIG. 5 is a block diagram of the height detector.
ステージ80の上方に配置された第2の投影レンズ群(第2の投影レンズ61〜67)のy方向の一方の側(図示の場合は手前側)には、多数の高さ検出器600がx方向に並べて配置されたマルチ高さ検出器600Uが設けられている。個々の高さ検出器600は露光基板8のレジスト表面あるいはレジストの下の露光基板そのものの表面高さを検出する。
A number of
次に、高さ検出器600の構造について説明する。
Next, the structure of the
図5に示すように、高さ検出器600は、発光体601と、レンズ602と、レンズ603と、ポジションセンサ604とから構成されている。発光体601は、発光ダイオード(LED)またはレジストを感光させない赤色光を出力する半導体レーザ(LD)である。レンズ602は発光体601から出射した光を露光基板8の表面に集光する。レンズ603は基板表面で反射された光を集光し、ポジションセンサ604上に基板の反射部として結像させる。
As shown in FIG. 5, the
以上の構成であるから、露光基板8の高さが加工プログラムに設定した高さ(露光基板8の複数箇所の高さを実測して得た平均高さあるいは設計上の高さ。以下、「設定高さ」という。)と異なる場合、設定高さからのずれの大きさに応じてポジションセンサ上の結像位置が変化する。そこで、この変化量を読み取ることにより実際の露光基板8の高さを検出することができる。
With the above configuration, the height of the
次に、この実施形態の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図4における手前側から奧側に向けて、露光基板8を搭載したステージ80を感光材料の感度に応じた一定な速度vでy方向に移動させる。各高さ検出器600は一定時間毎に、露光基板8の表面高さを検出する。検出された表面高さは露光基板8の位置情報(測定した箇所のxy座標値)と共に制御回路9の記憶部に記憶される。高さが検出された箇所は速度vで定まる時間が経過すると露光位置87(DMD37と相似の矩形である。)に到達する。制御回路9は、露光位置87に到達した露光基板8の表面高さを記憶部から呼び出し、この情報に基づいて楔ガラス727をy方向に移動させ、第2の投影レンズ67の結像面を露光基板8の表面に一致させる。
The stage 80 on which the
図6は、露光基板8の断面図であり、露光基板8をx方向に断面した場合の表面近傍を模式的に示す図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
同図において、露光基板8の表面は実線で示してある。また、面700(Σex0)は設定高さである。同図に示すように、露光位置87内の高さは場所によりそれぞれ異なる。ここでは、検出器600が各露光位置の両端に配置されているので、各露光位置の両端の高さの平均値に、点線で示す第2の投影レンズの結像面を位置決めする。なお、検出器600の配置間隔を狭くすることにより、実際の露光基板8の表面と投影レンズの結像面との差のばらつきを小さくすることができる。
In the figure, the surface of the
また、ここではx方向の断面について説明したが、y方向にも同様なことが言える。したがって、例えば、露光位置87のy方向の長さがy1、x方向の長さがx1であるとすると、第2の投影レンズの結像面の高さを、領域y1×x1内で測定した高さの平均値に合わせるようにするのが実際的である。なお、他の露光位置81〜86についても同様である。
Further, although the cross section in the x direction has been described here, the same applies to the y direction. Therefore, for example, assuming that the
以上説明したように、この実施形態では、露光時に露光基板の表面高さの計測と結像面の高さ方向の位置調整とを並行して行うので、露光基板の全面にわたり結像面をほぼ露光基板の表面に合わせることができる。この結果、パターン幅は均一になる。 As described above, in this embodiment, the measurement of the surface height of the exposure substrate and the position adjustment in the height direction of the imaging surface are performed in parallel during the exposure, so that the imaging surface is substantially covered over the entire surface of the exposure substrate. It can be matched to the surface of the exposure substrate. As a result, the pattern width becomes uniform.
次に、検出器600による露光基板表面の高さ検出精度をさらに向上させる方法について説明する。
Next, a method for further improving the height detection accuracy of the exposed substrate surface by the
図5で説明した発光体607から出力される測定光をP偏光とし、主光線B11の入射角を露光基板8の表面に配置された感光層の屈折率で決まるブリュースター角θBとして入射させる。このようにすると、図7に示すように、総ての入射光は感光層81を通過して(すなわち、感光層表面では反射されない)、下地の基板面に到達する。また、下地の基板面で反射して上方に戻る光は、ほとんどP偏光のまま感光層の表面で反射されることなくそのまま上方に戻り、検出光D11として感光層から出射してポジションセンサ604に入射する。すなわち、検出時にノイズとなる感光層表面で反射する図の点線で示したノイズ光D11nは0になる。しかも、ポジションセンサ604に入射する入射光はほとんど減衰しない。したがって、精度に優れる検出(測定)を行うことができる。
The measurement light output from the light emitter 607 described in FIG 5 is P-polarized light, is incident as a Brewster angle theta B determined by the refractive index of the incident angle of the principal ray B11 disposed on the surface of the exposed
また、検出器600Uで測定した結果を制御回路9に保存するので、例えば、第2の投影光学系の焦点深度を超えるような反りがある場合でも、反りがある位置を容易に特定することができる。したがって、このような基板上の位置を予め表示したり、露光後にこの部分が不良になる危険性が高いことを警告表示したり、データとして保存しておくことが可能である。 Moreover, since the result measured by the detector 600U is stored in the control circuit 9, for example, even when there is a warp exceeding the focal depth of the second projection optical system, it is possible to easily identify the position where the warp is present. it can. Therefore, it is possible to display such a position on the substrate in advance, to display a warning that there is a high risk that this part will be defective after exposure, or to store it as data.
8 露光基板
67 第2の投影レンズ
717 第1の楔ガラス
727 第2の楔ガラス
717u 第1の楔ガラスの面
727u 第2の楔ガラスの面
θ 楔ガラス717、727の傾斜面の角度
δ 面717uと面727uとの距離
8
Claims (2)
前記第2の投影レンズの前記露光走査する方向の手前側に位置し、前記露光走査方向と直交する方向に並べられた複数の基板表面の高さ検出手段と、
前記複数の高さ検出手段によって検出された複数の高さ情報から、前記検出した基板上の位置が当該基板の露光走査により前記第2の投影レンズの光軸に至るまでの間に前記第2の投影レンズの焦点位置を演算し、前記基板上の位置が前記第2の投影レンズの光軸に至るときに前記第2の投影レンズの焦点が前記位置の基板の表面に一致するように前記移動手段を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は前記高さ検出手段によって検出された検出結果を保存すると共に、前記第2の投影レンズの焦点深度を超える可能性の高い位置を露光後に警告表示することを特徴とするマスクレス露光装置。 An exposure light source that outputs exposure illumination light, a two-dimensional spatial modulator, a first projection lens, a microlens array, a second projection lens, and an optical axis of the second projection lens holding an exposure substrate A stage that moves in a direction orthogonal to the first, second wedge glass in which one surface in the thickness direction is inclined with respect to the other surface in the thickness direction, and the wedge glass Moving means for moving at least one of the first wedge glass, the other surface of the first wedge glass being arranged perpendicular to the optical axis of the second projection lens, and the second wedge glass A maskless exposure apparatus in which the one surface of the second projection lens is combined so that the distance from the one surface of the first wedge glass becomes a predetermined value and is arranged on the incident side or the emission side of the second projection lens In
A plurality of substrate surface height detection means arranged on the front side of the second scanning lens in the exposure scanning direction and arranged in a direction perpendicular to the exposure scanning direction;
From the plurality of height information detected by the plurality of height detection means, the second position during which the detected position on the substrate reaches the optical axis of the second projection lens by exposure scanning of the substrate. The focal position of the projection lens is calculated, and when the position on the substrate reaches the optical axis of the second projection lens, the focal point of the second projection lens coincides with the surface of the substrate at the position. A control circuit for controlling the moving means;
Equipped with a,
The control circuit stores a detection result detected by the height detection unit and displays a warning after exposure at a position likely to exceed the focal depth of the second projection lens. apparatus.
前記第2の投影レンズの前記露光走査する方向の手前側に位置し、前記露光走査方向と直交する方向に並べられた複数の基板表面の高さ検出手段と、
前記複数の高さ検出手段によって検出された複数の高さ情報から、前記検出した基板上の位置が当該基板の露光走査により前記第2の投影レンズの光軸に至るまでの間に前記第2の投影レンズの焦点位置を演算し、前記基板上の位置が前記第2の投影レンズの光軸に至るときに前記第2の投影レンズの焦点が前記位置の基板の表面に一致するように前記移動手段を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は前記高さ検出手段によって検出された検出結果を保存すると共に、前記第2の投影レンズの焦点深度を超える可能性の高い位置を露光後に保存することを特徴とするマスクレス露光装置。 An exposure light source that outputs exposure illumination light, a two-dimensional spatial modulator, a first projection lens, a microlens array, a second projection lens, and an optical axis of the second projection lens holding an exposure substrate A stage that moves in a direction orthogonal to the first, second wedge glass in which one surface in the thickness direction is inclined with respect to the other surface in the thickness direction, and the wedge glass Moving means for moving at least one of the first wedge glass, the other surface of the first wedge glass being arranged perpendicular to the optical axis of the second projection lens, and the second wedge glass A maskless exposure apparatus in which the one surface of the second projection lens is combined so that the distance from the one surface of the first wedge glass becomes a predetermined value and is arranged on the incident side or the emission side of the second projection lens In
A plurality of substrate surface height detection means arranged on the front side of the second scanning lens in the exposure scanning direction and arranged in a direction perpendicular to the exposure scanning direction;
From the plurality of height information detected by the plurality of height detection means, the second position during which the detected position on the substrate reaches the optical axis of the second projection lens by exposure scanning of the substrate. The focal position of the projection lens is calculated, and when the position on the substrate reaches the optical axis of the second projection lens, the focal point of the second projection lens coincides with the surface of the substrate at the position. A control circuit for controlling the moving means;
With
Together with the control circuit stores the result of detection by said height detecting means, the second possible features and to luma Sukuresu exposure to saving the likely position beyond the depth of focus of the projection lens after exposure apparatus.
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