(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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することを特徴とするマスクレス露光装置。
【請求項２】
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保存することを特徴とするマスクレス露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。  
【特許文献１】特開２００４−３９８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明について詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
次に、楔ガラスユニットＧＵ７について説明する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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）。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【実施例２】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、高さ検出器６００の構造について説明する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、この実施形態の動作を説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係るマスクレス露光装置の構成図である。
【図２】本発明に係る楔ガラスユニットの要部斜視図である。
【図３】図２のＫ矢視図である。
【図４】本発明の実施例２に係るマスクレス露光装置の構成図である。
【図５】高さ検出器の構成図である。
【図６】露光基板の断面図である。
【図７】本発明に係る計測光の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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