(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに描かれた回路パターンを基板の被露光面に露光する露光装置であって、
複数の発光素子が離散的に第一の方向に所定の間隔をおいて複数個配列され、前記第一の方向および前記第一の方向と直交する第二の方向によって規定される面内において前記第一の方向に対して所定角度傾斜した第三の方向に所定の間隔をおいて複数個配列された光源ユニットを有する光源部と、
露光期間中に、前記光源部と、前記マスクおよび前記被露光面とを第一の方向に沿って相対的に直線移動させる走査手段とを備え、
前記光源部から発光される光の、前記第二の方向における露光幅は、前記露光装置で露光可能な最大の基板の露光面の第二の方向における長さと略同一に構成されており、
前記発光素子は、前記走査手段によって前記光源部と、前記マスクおよび前記被露光面とが相対的に移動することによって前記被露光面全域がくまなく露光されるように、かつ各発光素子から発光されて前記被露光面上に入射する光が形成するスポットの径をａ、前記第二の方向における前記スポット径の配列ピッチをｂ、前記第三の方向における前記発光素子の配列数をＫ、ｄは第三の方向に沿って配置された前記発光素子の隣接する他の前記発光素子との第二の方向におけるずれ量、ｎは自然数とすると、以下の条件（１）および（２）をともに満たすように前記光源ユニットに配列されていることを特徴とする露光装置。
（ａ×Ｋ）／ｂ≧２・・・（１）
Ｋ＝（ｂ／ｄ）×ｎ・・・（２）
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置において、前記光源部は、
前記第一の方向に沿って配設される複数の光源ユニットから構成されることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置は、
前記複数の光源ユニットをそれぞれ前記第二の方向に所定量移動させる駆動手段を、さらに有することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の露光装置において、
前記光源ユニットは、前記複数の発光素子から発光される光を各々平行光にする光学系をさらに有することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の露光装置において、
前記光学系は、各発光素子の配置に対応して配設された複数のコリメータレンズを有する一枚の平面板であることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の露光装置において、前記発光素子は、紫外ＬＥＤであることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マスクに描かれた回路パターンを基板に露光するために用いられる露光装置、特に該基板に光を照射する光源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、露光装置は、超高圧水銀灯を光源として使用していた。そして、該超高圧水銀灯から照射された光によって露光台に固定された基板に回路パターンを露光していた。
【０００３】
しかし超高圧水銀灯は、一般に寿命が短い。そのためユーザは、交換作業、および交換に伴う光量調整作業を頻繁に行わなければならず、手間がかかるという問題があった。また超高圧水銀灯は、電源を入れた後、安定した光量の光が照射されるようになるまで時間がかかるため、装置を起動後すぐに露光動作を開始することができない。さらに超高圧水銀灯は、安定した光量の光が照射されつづけるように常時点灯しておく必要があるため、消費電力がどうしても大きくなってしまうという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の従来の問題点に鑑み、ユーザの負担を軽減し、消費電力を抑え、いつでもすぐに安定した光量の光を用いて基板の露光をすることができる露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる露光装置は、マスクに描かれた回路パターンを基板の被露光面に露光する露光装置であって、複数の発光素子が離散的に二次元配列された光源ユニットを有する光源部と、露光期間中に、光源部と、マスクおよび被露光面とを第一の方向に沿って相対的に直線移動させる走査手段とを備え、光源部から発光される光の、第一の方向と直交する第二の方向における露光幅は、被露光面の最大長さよりも長く構成されており、発光素子は、走査手段によって光源部と、マスクおよび被露光面とが相対的に移動することによって被露光面全域がくまなく露光されるように配列されていることを特徴とする。
【０００６】
光源として、超高圧水銀灯よりも寿命が長い発光素子を使用することにより、光源の交換等に関するユーザの作業負担を軽減することができる。また該発光素子には、オンした直後の安定性が高いという特徴も兼ね備えることから、露光時のみ発光させる（オンさせる）ことが可能になる。つまり光源部での消費電力を抑えることもできる。なお、発光素子単体で照射（露光）できる領域は狭いが、複数個を所定の状態で配列し、走査手段によって光源部および被露光面（マスク）を相対移動させることにより、被露光面全域をくまなく露光することができる。所定の状態での配列とは、具体的には以下のとおりである。
【０００７】
例えば、発光素子が、第二の方向に所定の間隔をおいて複数個配列され、第一および第二の方向によって規定される面内において第一の方向に対して所定角度傾斜した第三の方向に所定の間隔をおいて複数個配列されている状態が好ましい（請求項２）。
【０００８】
ここで、各発光素子から発光されて被露光面上に入射する光が形成するスポットの径をａ、第二の方向におけるスポット径の配列ピッチをｂ、第三の方向における発光素子の配列数をＫとしたときに、
（ａ×Ｋ）／ｂ≧１・・・（１）
を満たすように複数の発光素子を配列すると、光源ユニットから発光される光は、走査手段の走査によって、被露光面全域をすべて露光することが可能になる。
【０００９】
さらに詳しくは、回路パターンを露光すべき被露光面に入射する光の光量を略均一化するために、各光源ユニットは、以下の条件（２）、（３）を満たすのが望ましい。
（ａ×Ｋ）／ｂ≧２・・・（２）
Ｋ＝（ｂ／ｄ）×ｎ・・・（３）
但し、ｄは第三の方向に沿って配置された発光素子の、隣接する他の発光素子との第二の方向におけるずれ量、ｎは自然数である。
【００１０】
請求項７に記載の露光装置は、光源ユニットが複数の発光素子から発光される光を各々平行光にする光学系をさらに有することを特徴とする。平行光を用いて露光すると、該平行光はマスクおよび基板に対して略垂直に入射することになるため、より正確な露光が可能になる。従来の超高圧水銀灯を光源部に用いた場合、平行光を形成するために非常に大規模な光学系が要求された。そのため、極めて高精度な調整が必要となっていた。ところが、本発明では、光源として小型の発光素子を使用しているため、安価かつ簡素な構成で平行光を形成することができるという利点がある。具体的には、請求項８に記載の発明のように、各発光素子の配置に対応して配設された複数のコリメータレンズを有する一枚の平面板で光学系を構成することが可能になる。
【００１１】
なお、上記の発光素子に、基板に塗布される感光材の感度が最も高い紫外光を発光する紫外ＬＥＤを用いることが好ましい（請求項９）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる露光装置の実施形態について説明する。図１は、実施形態の露光装置１００の光源部１、露光台２近傍を拡大した斜視図である。図２は露光台２近傍の上面図、図３は露光台２近傍の側面図である。実施形態の露光装置１００は、マスクＭに描かれた回路パターンを基板Ｓに露光するための装置であり、この露光装置１００では、マスクＭと基板Ｓをわずか（10μｍ〜20μｍ）に離して露光するプロキシミティー法を用いている。なお各図中、Ｘ方向（およびＸ方向の逆方向）は、光源部１および露光台２が相対的に移動する方向（第一の方向）、つまり露光装置１００における走査方向である。Ｙ方向は、基板の露光される面（被露光面）において、Ｘ方向と直交する方向（第二の方向）である。Ｚ方向は、被露光面と直交する方向、つまり光源部１から照射される光の直進方向である。
【００１３】
図１から図３に示すように、露光装置１００は、光源部１（図１中二点鎖線で示す）、露光台２、第一モータ３、第一レール４、第一ドライバ５、一対のレール（第二レール）６、第一ボールねじ７ａ、テーブル駆動モータ７ｂ、ベース８、マスクホルダ部９を備えている。
【００１４】
光源部１は、第一モータ３の駆動によって、第一レール４に沿ってＸ方向に移動する。第一モータ３は、第一ドライバ５を介して制御部１０によって制御されている。ここで光源部１から発光される光によって露光されるＹ方向の最大幅は、露光装置１００で露光可能な基板Ｓが有するＹ方向における最大長さよりも十分に長く構成される。つまり光源部１がＸ方向に平行移動することにより、どのようなサイズの基板Ｓの被露光面も全域を露光されることになる。
【００１５】
基板Ｓが載置される露光台２は、ベース８上に設けられている。露光台２は、その下面がＸ方向に延びる第二レール６に沿ってガイドされた状態で、第一ボールねじ７ａをテーブル駆動モータ７ｂにより回転させることによって、Ｘ方向に駆動自在な状態にある
【００１６】
各図中斜線部で示すマスクＭは、マスクホルダ部９によって保持されている。詳しくは、マスクホルダ部９は、図３に示すように凹字状の断面形状を有しており、凹部にマスクＭが載置される。該凹部に載置されるマスクＭは、Ｘ方向の位置決めを行うＸ調整機構９ａおよびＹ方向の位置決めを行う一対のＹ調整機構９ｂによって所定位置に固定される。具体的には、各調整機構９ａ、９ｂはＬ字状のマスク支持部材（図中、塗りつぶし）を備えており、それぞれのマスク支持部材がＸ、またはＹ方向に駆動することにより、マスクＭの位置決めが行われる。なお、位置決めの際に、一対のＹ調整機構９ｂの駆動量をそれぞれ異ならせれば、マスクＭをＸＹ平面内において回転させることもできる。マスクホルダ部９は、Ｚ軸ベース９ｃによって露光台２に取り付けられているため、走査時（露光動作時）は、露光台２とともにＸ方向に移動する。また、マスクホルダ部９は、昇降機構９ｄによってＺ方向に昇降自在な状態にある。
【００１７】
前工程において、感光材を表面に塗布された基板Ｓは、露光装置１００に搬送されて、露光台２に載置、固定される。その際、前述のＸ、Ｙ調整機構により、マスクＭの基板Ｓに対する相対的な位置決めが行われる。このときマスクホルダ部９は、基板Ｓの移動の妨げにならぬような高さまで、昇降機構９ｄによってＺ方向の逆方向（つまり光源部１方向）に上昇している。そして基板Ｓが、位置決めされて露光台２に固定されると、マスクホルダ部９は、マスクＭと基板Ｓの間隔が、10μｍ〜20μｍ程度になるまで昇降機構９ｄによってＺ方向（つまり露光台２方向）に下降する。
【００１８】
図４は、光源部１の概略を示す図である。光源部１は、複数の発光素子が離散的に２次元配列された光源ユニットを複数備えている（Ｕ１〜Ｕｎ）。各光源ユニットＵ１〜Ｕｎは、Ｘ方向に並べて設けられている。図５は、光源ユニットＵ１をＹ−Ｚ面で切った断面図である。なお、各光源ユニットＵ１〜Ｕｎは、どれも同一構造であるため、以下の本文では特に明記しない限り、光源ユニットＵ１についてのみ説明し、他の光源ユニットの説明は省略する。図５に示すように、光源ユニットＵ１は、プリント基板１５に取り付けられた複数の発光素子１６と、各発光素子１６に対応してその前面に位置する複数のコリメータレンズ１７ａが形成されたレンズパネル１７とから構成される。なお本実施形態では、基板Ｓに塗布される感光材にとって最も感度の高い紫外域の光を発光する紫外ＬＥＤを発光素子として使用している。また、コリメータレンズ１７ａを用いて各紫外ＬＥＤ１６から発光される光を平行光にすることによって、回路パターンをより正確に被露光面に焼き付けることができる。
【００１９】
図６は、光源ユニットＵ１の紫外ＬＥＤ１６、および紫外ＬＥＤ１６に対応してレンズパネル１７に形成されたコリメータレンズ１７ａの配列を示した図である。ここで、露光装置１００は、露光期間中、回路パターンを正確に基板に焼き付けるために、基板Ｓの被露光面全域をくまなく露光する必要がある。そこで、紫外ＬＥＤ１６およびコリメータレンズ１７ａは、Ｘ方向に注目すると、Ｘ−Ｙ面内でＸ方向に対して所定角度傾いた第三の方向に延びる線分上に沿って複数個配置される。ここで、第三の方向に延びる線分上に沿って配置された紫外ＬＥＤ１６は、隣接する他の紫外ＬＥＤ１６とのＹ方向におけるずれ量が互いに等しい。また、紫外ＬＥＤ１６およびコリメータレンズ１７ａは、Ｙ方向に注目すると、Ｙ方向に平行な線分上に等間隔で複数個配置されている。つまり、紫外ＬＥＤ１６およびコリメータレンズ１７ａは、Ｙ方向と第三の方向とによって規定される面（略平行四辺形状）に二次元配列されている。
【００２０】
さらに、紫外ＬＥＤ１６の配置ずれによって露光されない領域が発生するのを回避するために、光源ユニットＵ１は、第三の方向に配置された各紫外ＬＥＤ１６から発光された光によって被露光面上で形成されるスポットのＸ方向の軌跡が、Ｙ方向において互いに接してあるいは一部重複して描かれるように構成される。
【００２１】
すなわち露光装置１００の光源ユニットＵ１は、紫外ＬＥＤ１６から発光されレンズパネル１７（コリメータレンズ１７ａ）を介して被露光面上で形成されるスポットの径をａ、Ｙ方向における隣り合うスポットの中心間の距離（配列ピッチ）をｂ、第三の方向における紫外ＬＥＤ１６の配列数をＫとしたときに、下記条件（１）を満たすよう構成されている。
（ａ×Ｋ）／ｂ≧１・・・（１）
【００２２】
条件（１）を満たす構成にすることにより、第三の方向に配置された各紫外ＬＥＤ１６のスポット径の被露光面上での軌跡は、Ｙ方向において互いに一部重複することになる。詳しくは、条件（１）の左辺が１である場合とは、被露光面上での各スポットの軌跡がＹ方向において接する状態を意味する。また、条件（１）の左辺が１よりも大きい場合とは、被露光面上での各スポットの軌跡がＹ方向において一部重複する状態を意味する。上記のとおり、第三の方向およびＹ方向における紫外ＬＥＤ１６（およびコリメータレンズ１７ａ）は等間隔に配置されている。従って条件（１）を満たすことにより、光源部１と露光台２とのＸ方向への相対的移動によって、基板Ｓの被露光面全域がくまなく露光される。
【００２３】
ここで、より精度の高い露光を可能にするためには、被露光面上のどの点における入射光量（露光量）も均一であることが要求される。そこで本実施形態の露光装置１００では、条件（１）をさらに限定した下記の条件（２）と、条件（３）とを満たすように光源ユニットが構成される。
（ａ×Ｋ）／ｂ≧２・・・（２）
Ｋ＝（ｂ／ｄ）×ｎ・・・（３）
但し、ｄは第三の方向に沿って配置された紫外ＬＥＤ１６の、隣接する他の紫外ＬＥＤ１６とのＹ方向におけるずれ量、ｎは自然数である。
【００２４】
上記条件（２）を満たす構成にすれば、被露光面上の回路パターンが露光される領域（中央部）における任意の点を通過するスポットの数が等しくなる。つまり、該任意の点における露光量が等しくなる。なお、左辺（ａ×Ｋ）／ｂが２であるとき、各スポットの軌跡のＹ方向における重複は略半径分になっている。
【００２５】
また、条件（３）は、光源ユニットＵ１のみによって露光した場合に被露光面上のどの点における露光量も均一にするための第三の方向における紫外ＬＥＤ１６の配列数Ｋに関する条件である。条件（３）を満たさない光源ユニットは、被露光面上において走査軌跡が略一致する紫外ＬＥＤ１６の数が場所によって異なってしまい、露光量の均一化が図れない。紫外ＬＥＤ１６は、係数ｎを大きく設定することにより、第三の方向において、複数の配列ピッチｂにまたがるように配列することも可能になる。ここで係数ｎを自然数に限定しているので、配列数Ｋは、配列ピッチｂ単位で設定されることになり、被露光面上において走査軌跡が略一致する紫外ＬＥＤ１６の数がどの場所でも同一となる。すなわち、紫外ＬＥＤ１６を、第三の方向において、複数の配列ピッチｂにまたがるように多数配列したとしても、露光量はどの場所も略同一になる。
【００２６】
以上が、光源ユニットＵ１の構成の説明である。なお図４に示すように、本実施形態の光源部１は、複数の光源ユニットから構成される。そのため、光源部１や各光源ユニットＵ１〜Ｕｎの個体差や取り付け誤差によって、被露光面上における所望の領域に均一な露光が行われないおそれがある。そのため、各光源ユニットＵ１〜Ｕｎは、Ｙ方向に延びる第三レール１１に沿ってガイドされた状態で、第二ボールねじ１２を第三モータ１３により回転させることによって、Ｙ方向に所定量駆動自在な状態にある。
【００２７】
第三モータ１３は、第三ドライバ１４を介して制御部１０に接続されている。制御部１０は、設定時に露光台２に設けられた光量検出部（不図示）からの光量に関するデータに基づいて、所望の領域に均一な露光が行われるように各光源ユニットＵ１〜Ｕｎに接続される第三モータ１３を駆動制御する。
【００２８】
露光時は、まず、感光材が塗布された基板Ｓが前工程から露光装置１００に搬送される。搬送された基板Ｓは、マスクＭとの相対的位置決めが行われつつ露光台２上に載置、固定される。この状態で、光源部１と露光台２（つまり基板ＳとマスクＭ）とを相対的にＸ方向へ移動させることにより、基板Ｓの露光面全域を隙間なく、かつ均一な光量で露光することができる。
【００２９】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００３０】
上記実施形態では、光源ユニットの製造の容易性や隣接する紫外ＬＥＤ１６同士による干渉の防止等に鑑み、紫外ＬＥＤ１６は、Ｘ方向に注目した場合、Ｘ−Ｙ面内でＸ方向に対して所定角度傾いた第三の方向に延びる線分上に沿って複数個配置される。しかし、これはあくまでも一例であって、上述した各条件を満たすのであれば、紫外ＬＥＤ１６のＸ方向に注目した配置は、第三の方向に延びる線分上に沿った配置以外の配置にすることも可能である。
【００３１】
また、上記実施形態では、一回の走査で得られる露光量を増加させ、かつ一回の走査にかかる時間を短縮させるために、光源部１は、複数の光源ユニットＵ１〜Ｕｎから構成している。ここで、装置の小型化や低廉化を重視するのであれば、光源部１は、光源ユニット単体のみから構成することもできる。
【００３２】
また、該光源ユニットＵ１〜Ｕｎは、紫外ＬＥＤ１６の配置位置に対応する位置にコリメータレンズ１７ａが配設されたレンズパネル１７を備えており、各紫外ＬＥＤ１６から発光される光を平行光にして露光を行っている。しかし、レンズパネル１７は必ずしも設ける必要はなく、例えば基板Ｓに塗布される感光材がネガタイプであったり、回路パターン露光後の工程であるソルダレジスト露光工程に使用したりする場合には、レンズパネル１７を使用せずに、紫外ＬＥＤ１６から発光された光をそのまま発散光として、使用することも可能である。
【００３３】
さらに上記実施形態では、感光材の感度が最も高い紫外光を発光する紫外ＬＥＤ１６を光源として使用しているが、他の発光素子を使用することも可能である。
【００３４】
なお、上記実施形態では、便宜上、基板Ｓの片面のみを露光する露光装置を想定して説明したが、本発明は両面露光装置にも適用することができる。また、本発明は上記実施形態のようなプロキシミティー法以外の手法、例えば密着法などで露光を行う装置にも適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の露光装置は、超高圧水銀灯の代わりに所定の並びで配列された複数個の発光素子を光源として使用することにより、光源の長寿命化が実現される。つまり、光源の交換作業等に関するユーザの負担をはるかに軽減することができる。
【００３６】
光源部に使用される該発光素子は、電源を入れた後、すぐに安定した光量の光が照射されるようになる特徴を有することにより、装置を起動後すぐに露光動作を開始することができる。また上記特徴より、発光素子を使用すると、露光動作時のみ発光させれば足りるため、余分な電力の消費を抑えることができる。
【００３７】
さらに、超高圧水銀灯を使用する従来の露光装置は、該水銀灯を十分に冷却するための冷却手段が必要となったり、該水銀灯から照射される光を平行光にするために複雑かつ大型の光学系を備えたりしなければならず、光源部、ひいては露光装置全体を大型化せざるを得なかった。しかし、光源部を複数の発光素子によって構成することにより、常時点灯の必要がなくなるので冷却手段の小型化が図れる。さらに、安価かつ簡易に形成できる光学系、例えばレンズパネルを用いることにより、露光装置全体の小型化および低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の露光装置の露光台近傍を示す上面図である。
【図３】本発明の実施形態の露光装置の露光台近傍を示す側面図である。
【図４】実施形態の露光装置の光源部の拡大図である。
【図５】光源部を構成する光源ユニットの断面図である。
【図６】光源ユニットを構成する紫外ＬＥＤの配置を表す図である。
【符号の説明】
１    光源部
２    露光台
１０    制御部
１６    紫外ＬＥＤ
１７    レンズパネル
１７ａ    コリメータレンズ
Ｕ１〜Ｕｎ    光源ユニット
１００    露光装置
【図１】
0004235964.tif 000002
【図２】
0004235964.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004235964.tif 000006
【図６】
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