(57)【要約】【課題】フォトマスクを通して基板に照射される光を高精度な平行光とする。【解決手段】露光用光源Ｕは、半導体レーザ１と、光学系７とを備える。光学系７は、第一レンズ群３と、光学多角柱４と、第二レンズ群５とを含む。半導体レーザ１から発する光２は第一レンズ群３によって光学多角柱４の入射面に集光される。光学多角柱４によって照度を均一化されて出射した光は、第二レンズ群５によって平行光６に変換され、フォトマスク８を通して基板１１に照射される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された感光膜に対して、フォトマスクを対向して配置させ、フォトマスクを通して光を基板に照射することにより、フォトマスク上に描かれたパターンを基板表面の感光膜上に転写する露光処理に用いられる露光用光源であって、半導体レーザと光学系とを備え、これらを用いて前記半導体レーザから発する光を平行光に変換してフォトマスクと基板とに照射するようになされた露光用光源。
【請求項２】
前記光学系が、前記半導体レーザから基板に向かって順に配列された、第一レンズ群と、光学多角柱と、第二レンズ群とを含んで構成され、前記半導体レーザから発する光を前記第一レンズ群によって前記光学多角柱の入射面に集光させ、該光学多角柱によって照度を均一化して出射させ、前記第二レンズ群によって平行光に変換するようになされている、請求項１に記載の露光用光源。
【請求項３】
フォトマスクと基板とに照射される前記平行光のコリメーション半角およびデクリネーション角が共に０．５度以内となるようになされている、請求項１または２に記載の露光用光源。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の露光用光源を複数台配列して構成され、露光すべき基板に対して相対移動しながら光を基板に照射するようになされている、走査型露光用光源。
【請求項５】
基板の表面に形成された感光膜に対して、フォトマスクが任意の間隔をあけて接近して配置されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の露光用光源。
【請求項６】
基板の表面に形成された感光膜に対して、フォトマスクが接触して配置されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の露光用光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に形成された感光膜（フォトレジスト）に対して、フォトマスクを対向して配置させ、フォトマスクを通して光を基板に照射することによりフォトマスク上に描かれたパターンを基板表面の感光膜上に転写する露光処理に用いるための露光用光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント回路基板等の回路パターンは高精細化が進んでおり、フォトマスクに描かれた高精細なパターンを基板に忠実に転写する露光処理が望まれている。
露光方法には、基板の表面に形成された感光膜に対してフォトマスクを密着させた状態でフォトマスクを通して光を基板に照射する、いわゆる「密着露光」と、フォトマスクと基板とを軽く接触させた状態で露光を行う、いわゆる「接触露光」と、フォトマスクと基板との間に隙間を設けて露光を行う、いわゆる「ギャップ露光（非接触露光）」とがある。密着露光や接触露光に比べてギャップ露光は、フォトマスクと基板とが互いに接触しないので、フォトマスクと基板との接触に起因する傷の発生が無く、ゴミの付着も激減する。また、ギャップ露光では、フォトマスクと基板とを密着させたり引き離したりする時間が不要となるため、処理速度が速くなる。さらに、フォトマスクと基板とを密着させる時の真空吸引に起因する位置ずれがなくなるので、フォトマスクと基板との位置合わせ精度も向上する。このようにギャップ露光は、密着露光や接触露光に比べて非常に優れた露光方法といえる。
【０００３】
しかしながら、高精細なパターンの転写をギャップ露光で行う場合には、フォトマスクと基板とに照射される光が、全照射領域にわたってコリメーション半角およびデクリネーション角が共に小さい高精度の平行光であり、且つ、均一な照度分布を得られるものでなくてはならない。
【０００４】
このような高精度の照射光を得るには、幾何光学上、発光体の大きさが極めて小さいこと、および、発光体から発せられる光を、照度をも含めた光質が均一な平行光へと変換するための光学系の精度が高いこと、が必要である。また、照射される光の波長は、基板の表面に形成された感光膜（フォトレジスト）の感光波長に等しい単一波長であることが光学上望ましい。
【０００５】
しかしながら、発光体として従来用いられてきたランプのアークの長さは、大型基板（略５００ｍｍ角以上）の全面を一括照射して露光を行うための高出力ランプでは５〜１０ｍｍ程度であり、大変大きい。
【０００６】
また、ランプから発する光は広角度で放射されるため、ランプから発する光をまず凹面鏡によって集光させた後、レンズや反射ミラー等によって照度の均一化と平行光への変換とを行ってきたが、光学系が複雑で大型であるため、光学系の精度を高くすることは価格面からも困難であった
このように、従来のようにランプを発光体として用いると、発光体が大きいこと、および、光学系の精度も高く出来ないことから、照射される光の光質について言えば、コリメーション半角が１．０°、デクリネーション角１．０°、照度分布１０％程度が限度であった。
【０００７】
このようにあまり光質の良くない従来のランプを露光用光源として用いると、前述した密着露光では、極めて細いパターンを除いて実用上支障はなかったが、ギャップ露光においては、フォトマスク上に描かれたパターンを基板表面の感光膜上に忠実に転写することは困難だった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、フォトマスクを通して基板に照射される光を、従来の光に比べてより高精度な平行光とすること、また、それによって、優れた露光方法であるギャップ露光をより実用可能なものとすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明は、従来のランプに代えて半導体レーザを発光体として用い、これを簡素で精度の高い光学系と組み合わせることによって高精度の平行光による照射を実現して、上記課題を解決しようとするものである。
【００１０】
半導体レーザは、その発光部分の大きさが約０．１ｍｍ以下と非常に小さいので、高精度の平行光に変換しやすく、また、発光部分から発する光の放射角度も狭いので、簡素な光学系で目的を達することが出来る。
【００１１】
したがって本発明によれば、
基板の表面に形成された感光膜に対して、フォトマスクを対向して配置させ、フォトマスクを通して光を基板に照射することにより、フォトマスク上に描かれたパターンを基板表面の感光膜上に転写する露光処理に用いられる露光用光源であって、半導体レーザと光学系とを備え、これらを用いて前記半導体レーザから発する光を平行光に変換してフォトマスクと基板とに照射するようになされた露光用光源が提供される。
【００１２】
前記光学系は、前記半導体レーザから基板に向かって順に配列された、第一レンズ群と、光学多角柱と、第二レンズ群とを含んで構成するものとし、前記半導体レーザから発する光を前記第一レンズ群によって前記光学多角柱の入射面に集光させ、該光学多角柱によって照度を均一化して出射させ、前記第二レンズ群によって平行光に変換するようにしてもよい。
【００１３】
フォトマスクと基板とに照射される前記平行光のコリメーション半角およびデクリネーション角は、共に０．５度以内となるようにすることができる。
本発明によればまた、上述したいずれかの露光用光源を複数台配列して構成し、露光すべき基板に対して相対移動しながら光を基板に照射するようにした、走査型露光用光源も提供される。
【００１４】
露光は、基板の表面に形成された感光膜に対してフォトマスクが任意の間隔をあけて接近して配置されている状態で行ってもよい。
あるいはまた、基板の表面に形成された感光膜に対して、フォトマスクが接触して配置されている状態で露光を行ってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付の図面およびグラフを参照しながら、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
まず、図１に基づいて、ギャップ露光における光質と転写精度との関係を説明する。図１（ａ）は、ギャップ露光における光質と転写精度との関係を表す原理図であり、隙間Ｄをあけて互いに対向するフォトマスク８および基板１１を側面図で示している。図１（ｂ）は、基板１１上の照度分布を示すグラフである。
【００１６】
基板１１側を向いたフォトマスクの面８には、パターン幅Ｌを有する透光部Ｔの両側に非透光部９が描かれている。
光源から発した平行光１２が、このフォトマスク８のパターン幅Ｌの透光部Ｔを通して、基板１１上に形成された感光膜（フォトレジスト）１０に照射されることにより、パターン幅Ｌを有する描線が感光膜１０上に転写される。
【００１７】
前述したように平行光１２は、デクリネーション角θおよびコリメーション半角θ２で表される傾き角を持っている。デクリネーション角θは、フォトマスク８に対する平行光１２の直角度で、９０°−θ１で表される。一方、コリメーション半角θ２は、フォトマスク８側から見た光源の大きさに関わる角度で、平行光線１２を示す線を中心線とする傾き角とみてよい。
【００１８】
パターン幅Ｌを有する透過部Ｔを基板１１上の感光膜１０に転写する精度は、主にコリメーション半角θ２に影響される。
図示のように、理論的には、コリメーション半角θ２で感光膜１０に照射された光は、Ｃ１の位置で照度がゼロであり、Ｃ２で５０％、Ｃ３の位置で１００％になる。この照度の分布をグラフで示すと図１（ｂ）のようになり、Ｃ１〜Ｃ３間の領域Ｇはグレーゾーンと呼ばれる。このグレーゾーンＧにおいては照度が不均一であるがゆえに不安定な転写が行われ、転写精度を低下させる要因になる。したがって、グレーゾーンＧの値を小さくして転写精度を良くするために、コリメーション半角θ２を小さくすることが望まれる。
【００１９】
具体的な数値を基に説明する。フォトマスク８と基板１１との隙間Ｄは、フォトマスク８および基板１１の平面度を考慮して、０．３ｍｍとする。また、パターン幅Ｌは、一般的に５０〜７５μｍが多く採用されているので、パターン幅Ｌを５０μｍ（０．０５ｍｍ）とする。この条件で、コリメーション半角θ２を従来のランプ光源の限界値である１．０°とすると、グレーゾーンＧの幅は１０．５μｍとなる。グレーゾーンＧの内、照度が７０％以下の領域は、パターンの転写に寄与しないとしても、照度が７０％以上となる残り３０％の領域は転写精度に影響をあたえる不安定領域であり、その幅は３．１μｍである。一般に許容される転写精度は±２〜５％であるが、３．１μｍという値はパターン幅５０μｍに対して±６％であり、許容される転写精度を越える。さらに隙間Ｄ、デクリネーション角、照度分布等の誤差も影響するので、上記条件ではギャップ露光は困難であると言ってよい。
【００２０】
次に、本発明による露光用光源に用いられる半導体レーザの場合について考察する。半導体レーザを用いた場合、コリメーション半角θ２を０．５°又はそれ以下にすることが可能である。コリメーション半角θ２を０．５°にすると、転写精度はコリメーション半角θ２が１．０°の場合の約２倍になるので、上記条件でのギャップ露光が十分可能であると言える。このように、コリメーション半角θ２を０．５°以下にすれば、一般的に多く採用されている５０μｍ以上のパターン幅について、許容される転写精度でギャップ露光を行うことができる。
【００２１】
さらに本発明によれば、コリメーション半角θ２を０．５°以下にすることができるので、パターン幅が５０μｍ以下の高精細パターンのギャップ露光を実現することも可能である。
【００２２】
しかしながら、半導体レーザの出力はランプに比べて非常に小さいので、大型基板の全面を一度に照射して露光を行うことは不可能である。
このために本発明では、半導体レーザと光学系とを組み合わせて「半導体レーザを用いた露光用光源」とし、半導体レーザから発する光を基板上の小領域に照射するようにして必要な照度を得るようにする。そして、大型基板の全面を照射して露光を行うために、半導体レーザを用いた露光用光源を複数台配列して、露光すべき基板に対して相対移動しながら光を基板に照射する、いわゆる走査型露光用光源を構成する。
【００２３】
半導体レーザを用いた露光用光源を複数台配列するときの配列の態様は、走査露光時に基板が均一に照射されるようなものでなければならない。すなわち、走査型露光用光源を基板に対して相対移動させながら光を基板に照射したとき、相対移動方向に直交する方向に沿った露光量が均一化されるように、各台の光源による照射領域の形状と、隣り合う照射領域どうしの重なり度合いを設定する。
【００２４】
なお、この隣り合う照射領域の一部が重なり合って走査露光を行う場合、前述した平行光のデクリネーション角が大きいと、隣り合う照射領域の光が交叉して光質が落ち、転写精度を低下させるので、デクリネーション角はコリメーション半角と共に極力小さくすることが望ましい。
【００２５】
このようにして走査型露光用光源を構成すれば、個々の出力が小さい半導体レーザを利用して大型基板を露光することが可能になる。
半導体発光素子光源はランプに比べて多くの優れた特性をもっている。すなわち、発光源から発する光が狭い角度で放射されるので、集光するための凹面鏡も不要であり、小型で簡素な光学系との組み合わせによって高精度の光照射が可能になる。
【００２６】
また、半導体レーザはＯＮ，ＯＦＦ制御が容易なことから、ランプに必要なシャッタを用いないで光のＯＮ，ＯＦＦが可能なので、さらに光源の構造を小型化することができる。したがって、このような小型軽量の光源を複数台配列して走査型露光用光源を構成することも容易になり、信頼性の向上と共に低価格化も図れる。
【００２７】
そのほか、半導体レーザは発熱量も非常に少ないので冷却負荷も小さく、しかも長寿命であるので、維持管理が容易であるなど多くの特長を持っている。
また、半導体レーザが発する光は、単一波長ゆえにレンズ等の光学系に対する屈折率の差異が生じないので、高精度の照射光を得るのに適している。
【００２８】
仮に、小型のランプ光源を複数台用いて走査型露光用光源を構成しても、複雑で大型になり、光質も半導体レーザ光源より劣るものとなる。
図２は、本発明による、半導体レーザを用いた露光用光源Ｕの一実施例の概略側面図である。図示のように、露光用光源Ｕは、半導体レーザ１と光学系７とを備えている。光学系７は、半導体レーザ１から基板１１に向かって順に配列された、第一レンズ群３と、光学多角柱４と、第二レンズ群５とを含んで構成されている。半導体レーザ１から発する光２は、第一レンズ群３によって光学多角柱４の入射面に集光され、この光学多角柱４によって光の照度を均一化されてから出射し、第二レンズ群５によって平行光６に変換されてフォトマスク８と基板１１とに照射される。これによって、フォトマスク８に描かれたパターンが基板１１上の感光膜１０に転写される。
【００２９】
なお、光学多角柱４として、内面が鏡面である中空光学多角柱を用いてもよい。
図３は、大型基板の全面を照射して露光を行うために、図２に示した、半導体レーザを用いた露光用光源Ｕを複数台配列して構成した走査型露光用光源Ｓの概略平面図である。走査型露光用光源Ｓは、露光すべき基板に対して相対移動しながら光を基板に照射する。
【００３０】
図３には、各台の露光用光源Ｕがフォトマスクおよび基板に照射する光の照射領域（４角形）Ｒおよびその配列も併せて示されている。点線で示した円は、各露光用光源Ｕの光学系７を表している。照射領域Ｒの配列は、走査型露光用光源Ｓを矢印で示す走査方向に移動させながら光を基板に向けて照射したとき、相対移動方向に直交する方向に沿った露光量が均一化されるように、互いに隣り合う照射領域Ｒの１／２どうしが重なり合うようにする。
【００３１】
図３における符号Ａは、露光量が均一な状態を維持することができる有効走査幅を示している。
なお、照射領域Ｒは４角形以外の形状でもよい。
【００３２】
以上述べたように、本発明による半導体レーザを用いた露光用光源は、従来のランプによる光源では困難であった高精度な平行光を作り出すことができ、それによって、優れた露光方法であるギャップ露光を高精度パターン転写用として実現可能なものとした。
【００３３】
なお、本発明による半導体レーザを用いた露光用光源は、プリント回路基板以外に液晶ディスプレー等に用いられるガラス基板の露光にも適している。
さらに、本発明による半導体レーザを用いた露光用光源は、密着露光において使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ギャップ露光における光質と転写精度との関係を説明する図であり、（ａ）は原理図、（ｂ）は、基板上の照度分布を示すグラフである。
【図２】本発明による、半導体レーザを用いた露光用光源の一実施例の概略側面図。
【図３】図２に示した、半導体レーザを用いた露光用光源を複数台配列して構成した走査型露光用光源の概略平面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体レーザ、２  半導体レーザからの光、３  第一レンズ群、４  光学多角柱、５  第二レンズ群、６  平行光、７  光学系、８  フォトマスク、９  非透光部、１０  感光膜、１１  基板、Ａ  感光量が均一な有効走査幅、Ｄ  フォトマスクと基板との間の隙間、Ｇ  グレーゾーン、Ｌ  パターン幅、Ｒ  照射領域、Ｓ  走査型露光用光源、Ｔ  透光部、Ｕ  半導体レーザを用いた露光用光源、θ  デクリネーション角（θ＝９０°−θ１）、θ２  コリメーション角。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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