专利名称：曝光装置及光源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及曝光装置及光源装置，更详细地说，涉及应用于电子工业用印刷电路板、半导体或液晶显示器制造的曝光装置及使用于这些曝光装置等的光源装置。
背景技术：
例如，在电子工业用的印刷电路板或半导体晶片、液晶显示器制造用玻璃基板等的处理工序中，一般使用利用了光刻法(photolithography)的表面刻画图案技术。以往， 例如在印刷电路板的制造工序中，在印刷电路板上通过涂敷或层压(laminate)等方法形成感光材料(具有感光性的树脂等)覆膜，隔着形成了所希望的图案的光掩模进行曝光，从而在感光材料覆膜上形成图案。近年来，也使用称作直接描绘的曝光方式，该称作直接描绘的曝光方式不使用光掩模，而是通过使用光调制元件例如DMD (数字微镜器件)调制成的光进行曝光并直接描绘图案。专利文献1 日本特开2003-332221号公报专利文献2 日本特开2006-133635号公报在专利文献1所示的直接描绘方式的曝光装置中，使用灯作为光源，但这种装置通常所使用的超高压水银灯是大型的，存在消耗功率大、寿命短的问题。因此，也提出了如专利文献2所示那样使用消耗功率少且寿命长的发光二极管(LED)作为光源。但是，有时根据作为曝光对象物的感光材料的特性，要求照射比较宽的波长区域的光，若使用照射光的波长区域窄的LED就不能得到所希望的特性，引起不能很好地进行刻画图案的问题。例如对阻焊层(solder resist)的曝光中，需要照射360 390nm附近的比较宽的波长区域的光，因此如果仅照射来自在360nm具有峰值(peak)的单一波长的LED 的光，则不能够充分地曝光，会有阻焊层的图案剖面变成倒锥形状等的不良。对此，在专利文献2记载的光源中，也想到了混用发出不同波长的光的二种LED， 但如果每个波长的LED数量减少，就不能得到本次曝光所需的充足的光量。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供消耗功率少且寿命长并且能够将所需的波长区域的光以所需的光量高效率地出射的光源装置及曝光装置。技术方案一记载的光源装置，其特征在于，具有第一光源阵列，排列有多个光源元件，该光源元件具有出射第一波长特性的光的发光部；第一透镜阵列，排列有多个透镜， 该透镜形成上述第一光源阵列的各光源元件的发光部的放大像；第二光源阵列，排列有多个光源元件，该光源元件具有出射第二波长特性的光的发光部；第二透镜阵列，排列有多个透镜，该透镜形成上述第二光源阵列的各光源元件的发光部的放大像；光学合成元件，使上述第一透镜阵列所形成的上述第一光源阵列的发光部的像和上述第二透镜阵列所形成的上述第二光源阵列的发光部的像相重叠，从而形成合成像；以及均勻化元件，使上述光学合成元件所合成的合成像的光束变为具有均勻照度分布的光束来出射。技术方案二记载的光源装置，在技术方案1记载的光源装置的基础上，其特征在于，还具有第三透镜阵列，使上述光学合成元件所形成的各光源元件的每个发光部的合成像的光束的主光线与光轴平行；第一成像光学系统，是两侧远心的光学系统，用于将从上述第三透镜阵列出射的上述合成像缩小投影到上述均勻化元件的入射端。技术方案三记载的光源装置，在技术方案一记载的光源装置的基础上，其特征在于，上述第一透镜阵列将上述第一光源阵列的各光源元件的发光部放大投影为该光源元件的排列间距的大小，上述第二透镜阵列将上述第二光源阵列的各光源元件的发光部放大投影为该光源元件的排列间距的大小。技术方案四记载的光源装置，在技术方案一记载的光源装置的基础上，其特征在于，还具有第二成像光学系统，其将上述均勻化元件出射的光束投影到规定的照明区域。技术方案五记载的光源装置，在技术方案一记载的光源装置的基础上，其特征在于，上述均勻化元件是积分光学系统。技术方案六记载的光源装置，在技术方案一记载的光源装置的基础上，其特征在于，上述光学合成元件是分色镜。技术方案七记载的发明是一种曝光装置，其特征在于，具有技术方案一至六中任一项记载光源装置；光调制元件，其由该光源装置照明；投影光学系统，其将经上述光调制元件调制后的光照射到描绘对象物上；以及扫描机构，其使上述投影光学系统和上述描绘对象物相对移动，由此对上述描绘对象物进行扫描。技术方案八记载的发明是一种曝光装置，其特征在于，具有技术方案六记载的光源装置；光调制元件，其由该光源装置照明；投影光学系统，其将经上述光调制元件调制后的光照射到形成有阻焊层覆膜的描绘对象物上，以及扫描机构，其使上述投影光学系统和上述描绘对象物相对移动，由此对扫描上述描绘对象物进行扫描；上述第一光源阵列的发光元件具有发光部，该发光部出射在波长385nm附近具有峰值的光；上述第二光源阵列的发光元件具有发光部，该发光部出射在波长365nm附近具有峰值的光；上述分色镜配置成使来自上述第一光源阵列的光透过，并且使来自上述第二光源阵列的光反射，由此形成合成像。根据技术方案一至六记载的发明，可得到消费电力少且寿命长，并且能够出射需要的波长区域的光并进行曝光的光源装置。根据技术方案二记载的发明，尤其能够高效地出射所希望的形状的光束。根据技术方案七记载的发明，可得到消费电力少且寿命长，并且能够出射需要的波长区域的光并进行曝光的曝光装置。根据技术方案八记载的发明，尤其可得到能够出射具有对阻焊层的曝光最佳的波长特性的光并进行曝光的曝光装置。
图1是表示本发明的实施方式涉及的曝光装置的示意图。图2是表示DMD的图。图3是表示照明光学系统的一部分的示意性的立体图。
图4是光源单元的侧视图。图5是截取光源单元的一部分来表示的侧视图。图6A、图6B是表示LED芯片的外观及其投影像的图。图7是截取光源单元的一部分来表示的立体图。图8是表示出射光的分光波长特性的图。
具体实施例方式<1.曝光装置的结构及动作的概要>图1是表示本发明的一实施方式涉及的曝光装置1的结构的示意图。在图1中， 为了表示装置的内部构造而以虚线表示装置的外形。曝光装置1是在印刷电路板(以下， 简称为电路板)9上曝光规定的图案来进行图案形成的装置，该印刷电路板是指，通过涂敷或层压在印刷电路板表面上形成有阻焊层覆膜的印刷电路板，该曝光装置1具有保持电路板9的载物台2、使载物台2在图1中的Y方向上移动的载物台移动机构31、向电路板9出射光束的头部4、使头部4在图1中的X方向上移动的头部移动机构32、与上述载物台移动机构31、头部4以及头部移动机构32相连接的控制部5。头部4内置包含光源单元41和DMD42的光学系统，该光源单元41如后所述出射具有规定波长的光束，该DMD42设置有排列成格子状的微小反射镜组，头部4利用DMD42的微小反射镜组反射来自光源单元41的光束，由此生成经空间调制的光束，然后向载物台2 所保持的电路板9出射来进行曝光并形成图案。说明光学系统的概要。由光源单元41出射的光束经由积分棒 (rodintegrator) 433、透镜43 、透镜434b及反射镜4；35导入到反射镜436，反射镜436使光束会聚并导入到DMD42。入射到DMD42的光束以规定的入射角(例如M度)均勻地照射到DMD42的微小反射镜组上。如上所述，通过光源单元41、积分棒433、透镜43 、透镜 434b、反射镜435以及反射镜436构成了将来自光源单元41的光导入到DMD42的照明光学系统43a。仅由来自DMD42的各微小反射镜中的处于规定姿势(在后述的通过DMD42照射光的说明中，与ON(开启)状态相对应的姿势)的微小反射镜的反射光形成的光束(即经空间调制后的光束)入射到变焦透镜(zoom lens)437，通过变焦透镜437调整倍率后通过反射镜438导入到投影透镜439。然后，来自投影透镜439的光束照射到与微小反射镜组在光学上共轭的电路板9上的区域。这样，在曝光装置1中，通过变焦透镜437、反射镜438、投影透镜439构成了将来自各微小反射镜的光导入到电路板9上的对应的光照射区域的投影光学系统43b，。载物台2固定在作为线性马达的载物台移动机构31的移动体一侧，控制部5控制载物台移动机构31，由此被照射来自微小反射镜组的光的光照射区域组(设一个微小反射镜对应于一个光照射区域)在感光胶膜上沿着图1中的Y方向相对移动。即，光照射区域组相对于头部4相对固定，借助电路板9的移动，光照射区域组在电路板9上移动。头部4固定在头部移动机构32的移动体一侧，在与光照射区域组的主扫描方向 (图1中的Y方向)垂直的副扫描方向(X方向)上间歇性地移动。即，每当主扫描结束，头部移动机构32使头部4在X方向上向下一个主扫描的开始位置移动。并且，通过此载物台移动机构31及头部移动机构32的驱动，头部4扫描电路板9的表面并进行曝光。图2是表示DMD42的图。DMD42是具有微小反射镜组422的空间光调制器件，该微小反射镜组422是将多个微小反射镜在硅基板421上等间隔地排列成格子状而成的(以下以在互相垂直的二个方向上排列成M行N列的微小反射镜组进行说明)，根据写入到与各微小反射镜相对应的存储单元中的数据，各微小反射镜借助静电场作用而倾斜规定的角度。若复位脉冲(reset pulse)从如图1所示的控制部5被输入到DMD42中，则各微小反射镜根据写入到对应的存储单元中的数据，以反射面的对角线为轴，以规定的姿势一齐倾斜。由此，照射到DMD42上的光束根据各微小反射镜的倾斜方向被反射，进行对光照射区域的光照射的开启(ON)/关闭(OFF)。即，若在存储单元中被写入了表示开启的数据的微小反射镜接收到复位脉冲，则入射到该微小反射镜的光向变焦透镜437反射，光照射到对应的光照射区域。另外，若微小反射镜为OFF状态，则微小反射镜将入射进来的光向与变焦透镜437不同的规定位置反射，对应的光照射区域为未被导入光的状态。而且，根据这样的结构，电路板9的表面被头部4相对进行扫描，并被照射由DMD42 调制后的光束，从而在电路板9表面的阻焊层上形成规定的图案。<2.光学系统的详细结构>接下来说明光学系统的详细结构。图3是表示包含光源单元41的照明光学系统 43a的一部分的示意性的立体图，图4是光源单元41的侧视图，图5是截取光源单元41的一部分来表示的侧视图，图6A、图6B是表示LED芯片的外观及其投影像的图，图7是表示第一 LED阵列411、第一透镜阵列412及第三透镜阵列416的立体图。光源单元41包括第一 LED阵列411、第一透镜阵列412、第二 LED阵列413、第二透镜阵列414、分色镜(dichroic mirror) 415、第三透镜阵列416、第一成像光学系统417。第一 LED阵列411通过在电路板411b上排列12个LED芯片(LED 二极管)41 Ia 而构成，该LED芯片411a具有出射中心波长385nm(第一波长特性)的光的发光部。LED芯片411a的大小为Imm见方，收纳在陶瓷封装(在图示中省略)的内部。LED芯片411a并不是Imm见方的整个表面都发光，由于电极的影子的影响等原因存在不发光的部分。如图 6A所示，本实施方式的LED芯片411a，在表面中的0. 8mm见方的范围内形成有图中标注阴影来表示的发光部411c。对于第一 LED阵列411，以将该LED芯片411a按IOmm间隔(图 5当中的d = 10mm)纵横二维地排列为3行X4列的方式，使各LED芯片411a的陶瓷封装安装在电路板411b上。另外，在各LED芯片411a的前表面，设置有用于保护表面的保护玻璃 411d。第一透镜阵列412是如下形成的，即，将透镜组与LED芯片411a的排列相对应地并呈相同的纵横二维地排列12个即3行X 4列，该透镜组形成第一 LED阵列411的各LED 芯片411a的发光部411c的像，从LED芯片411a —侧观察，对于每一个LED芯片411a，配置由双凸的第一透镜41 和平凸的第二透镜412b这两个透镜组成的透镜组，并将它们组装到框412c中(在图7中，透视电路板411b示出第一透镜412a)。这些第一透镜41 和第二透镜412b的透镜组，将LED芯片411a中的发光部411c所在的0. 8mm见方的大致正方形的区域，放大投影成所述各LED芯片411a的排列间距(图5中由d来表示)的大小即IOmm 见方的大小。而且，投影后的发光部411c的像正好覆盖构成后述的第三透镜阵列416的各个透镜416a的整个表面。
第二 LED阵列413通过在电路板413b上排列12个LED芯片413a而构成，该LED 芯片413a具有出射中心波长365nm(第二波长特性)的光的发光部。该第二 LED阵列413 及LED芯片413a的结构除了 LED芯片413a的出射光的波长以外，与图5所示的第一 LED 阵列411、LED芯片411a相同，以将LED芯片413a按IOmm间距纵横二维地排列成3行X4 列的方式，使各LED芯片413a的陶瓷封装安装在电路板41 上。另外，在各LED芯片413a 的前表面，设置了用于保护表面的保护玻璃413d。第二透镜阵列414的结构与上述的第一透镜阵列412相同，如下形成，即，将透镜组与LED芯片413a的排列相对应地并呈相同的纵横二维地排列12个即3行X 4列，该透镜组形成第二 LED阵列413的各LED芯片413a的发光部413c的像，从LED芯片413a —侧观察，对于每一个LED芯片413a，配置由双凸的第一透镜41 和平凸的第二透镜414b这两个透镜构成的透镜组，并将它们组装到框4Hc中。这些第一透镜41 和第二透镜414b的透镜组与图5所示的第一透镜阵列412同样地，将LED芯片413a中的发光部413c所在的 0. 8mm见方的大致正方形的区域，放大投影成LED芯片413a的排列间距的大小即IOmm见方的大小。而且，投影后的发光部413c的像正好覆盖构成后述的第三透镜阵列416的各个透镜416a的整个表面。在第一透镜阵列412与该第一透镜阵列412所形成的第一 LED阵列411的各LED 芯片411a的发光部411c的像之间，倾斜设置了分色镜415，进而隔着该分色镜415在第一透镜阵列412的相反一侧，设置了第二透镜阵列414和第二 LED阵列413 (在图5中省略了分色镜415、第二透镜阵列414等的图示)。由此，分色镜415设置为，使来自第一 LED阵列 411及第一透镜阵列412的光透过，并且使来自第二 LED阵列413及第二透镜阵列414的光反射，以在第一 LED阵列411的发光部411c的像上重叠第二 LED阵列413的发光部413c 的像进行合成。由此，由第一透镜阵列412和第二透镜阵列414产生的合成的像成为如图 6B所示那样的将各LED阵列411、413的发光部的形状放大后进行排列的像。另外，第一 LED阵列411的光的中心波长为385nm，第二 LED阵列413的光的中心波长为365nm，由于两者的差为20nm左右，所以为了将它们合成，分色镜415需要具有比较陡峭的边缘的分光反射率(分光透过率)特性。因为在向分色镜415入射的入射角为45 度以上时会产生PS偏振光成分的光学特性的分离而不能得到陡峭的特性，所以在本实施方式中，使各个光的入射角都小于40度。另外，为使两个波长的光的合成的效率变高，将波长短的第二 LED阵列413配置在分色镜415的反射侧，将波长长的第一 LED阵列411配置在透过侧，来分别利用。第三透镜阵列416设置在由分色镜415合成的第一 LED阵列411的像和第二 LED 阵列413的像的合成像的位置，使入射的光束的主光线与光轴平行并入射到后述的第一成像光学系统417中。第三透镜阵列416使IOmm见方的平凸透镜416a排列为3行X4列， 各个透镜阵列416a呈与各发光部411c、413c相似的形状(即正方形)，而且大小与其合成像大致相同。第一成像光学系统417是两侧远心的光学系统，包括第一透镜417a、第二透镜 417b及第三透镜417c，将分色镜415所形成的第一 LED阵列411和第二 LED阵列413的合成像缩小投影到积分棒433的入射端。从效率方面考虑，优选使积分棒433的入射端的形状与由第一成像光学系统417缩小后的第一 LED阵列411、第二 LED阵列413的发光部的像为大致形同的形状。而且，由积分棒433的出射端输出的均勻的照度分布的光，通过由透镜43 、透镜 434b、反射镜435及反射镜436构成的第二成像光学系统，照射到DMD42的规定的照明区域。如图8所示那样，照射到DMD42的光的波长光谱成为由第一 LED阵列411的中心波长 385nm的光和第二 LED阵列413的中心波长365nm的光合成后的光谱。在此，对各个LED 阵列提供的接通电流通过控制部5的控制而可变，从而能够使两个波长的光的强度比率可变。由此，能够根据作为照射对象的膜的特性来将要照射的光的特性设定得细，例如能够根据阻焊层的特性来得到所希望的图案剖面的形状。<3.曝光装置的动作和效果>如果形成有阻焊层覆膜的电路板9被搬入到曝光装置1的载物台2上，则控制部 5控制载物台移动机构31、头部4、头部移动机构32等来进行曝光处理。此时，光源单元41 输出将第一 LED阵列411出射的中心波长385nm的光和第二 LED阵列413出射的中心波长 365nm的光合成后的光，对DMD42照明，并通过此光来使电路板9的阻焊层曝光。通过控制对各LED阵列411、413提供的接通电流，光源单元41出射的光成为与要处理的电路板9相适应的波长和强度的光，从而良好地执行曝光。能够在两个LED阵列411、413中设置足够数量的出射所需的波长的光的LED芯片411a、413a，从而在光源单元41中能够得到所需的波长和光量的光。<4.变形例 >在上述实施方式中，第一 LED阵列411的光和第二 LED阵列413的光由分色镜415 合成后，由第三透镜阵列416变为远心，并由第一成像光学系统417缩小，但是，如果能够容许效率降低一些，则例如能够省略第三透镜阵列416。另外，根据对光源单元411要求的出射光束的形状，也可以省略第一成像光学系统417。假设省略该两者时，使在分色镜415合成后的光直接入射到积分棒433的输入端。另外，在本实施方式中，为了合成第一 LED阵列411的光和第二 LED阵列413的光而使用分色镜415，但也可以利用例如立方体式(cube tepe)的分色棱镜(dichroic prism)来代替分色镜415。另外，根据需要的光的波长区域，也可以合成三种以上波长的光，此时，作为光学合成元件，也可以使用多个分色镜415，或者也可以使用正交棱镜(cross prism)、菲利普式棱镜(Phillips type prism)、科斯特棱镜(Koester prism)等分色棱镜。另外，在此，使用积分棒433作为均勻化元件。也可以使用使反射镜的反射面置于内侧而粘贴的中空的光导管(light pipe)，也可以使用利用全反射的棱柱体的实心棒。也可以是入射侧剖面形状和出射侧剖面形状为大致相似形状的锥形。另外，也可以使用复眼透镜(fly eye lens)代替积分棒433。这种情况下，优选使复眼透镜的各个透镜的形状与被照射面的形状为大致相似形状，通过设置在第一成像光学系统417内部的主光线与光轴相交的位置，能够实现均勻的照度分布。
权利要求
1.一种光源装置，其特征在于，具有第一光源阵列，排列有多个光源元件，该光源元件具有出射第一波长特性的光的发光部；第一透镜阵列，排列有多个透镜，该透镜形成上述第一光源阵列的各光源元件的发光部的放大像；第二光源阵列，排列有多个光源元件，该光源元件具有出射第二波长特性的光的发光部；第二透镜阵列，排列有多个透镜，该透镜形成上述第二光源阵列的各光源元件的发光部的放大像；光学合成元件，使上述第一透镜阵列所形成的上述第一光源阵列的发光部的像和上述第二透镜阵列所形成的上述第二光源阵列的发光部的像相重叠，从而形成合成像；以及均勻化元件，使上述光学合成元件所合成的合成像的光束变为具有均勻照度分布的光束来出射。
2.根据权利要求1记载的光源装置，其特征在于，还具有第三透镜阵列，使上述光学合成元件所形成的各光源元件的每个发光部的合成像的光束的主光线与光轴平行；第一成像光学系统，是两侧远心的光学系统，用于将从上述第三透镜阵列出射的上述合成像缩小投影到上述均勻化元件的入射端。
3.根据权利要求1记载的光源装置，其特征在于，上述第一透镜阵列将上述第一光源阵列的各光源元件的发光部放大投影为该光源元件的排列间距的大小，上述第二透镜阵列将上述第二光源阵列的各光源元件的发光部放大投影为该光源元件的排列间距的大小。
4.根据权利要求1记载的光源装置，其特征在于，还具有第二成像光学系统，该第二成像光学系统将上述均勻化元件出射的光束投影到规定的照明区域。
5.根据权利要求1记载的光源装置，其特征在于，上述均勻化元件是积分光学系统。
6.根据权利要求1记载的光源装置，其特征在于，上述光学合成元件是分色镜。
7.—种曝光装置，其特征在于，具有权利要求1至6中任一项记载的光源装置， 光调制元件，其由该光源装置照明，投影光学系统，其将经上述光调制元件调制后的光照射到描绘对象物上，以及扫描机构，其使上述投影光学系统和上述描绘对象物相对移动，由此对上述描绘对象物进行扫描。
8.—种曝光装置，其特征在于，具有 权利要求6记载的光源装置， 光调制元件，其由该光源装置照明，投影光学系统，其将经上述光调制元件调制后的光照射到形成有阻焊层覆膜的描绘对象物上，以及扫描机构，其使上述投影光学系统和上述描绘对象物相对移动，由此对上述描绘对象物进行扫描；上述第一光源阵列的发光元件具有发光部，该发光部出射在波长385nm附近具有峰值的光；上述第二光源阵列的发光元件具有发光部，该发光部出射在波长365nm附近具有峰值的光；上述分色镜配置成，使来自上述第一光源阵列的光透过，并且使来自上述第二光源阵列的光反射，由此形成合成像。
全文摘要
本发明能够得到一种消耗功率少且寿命长，并且能够以需要的光量高效率地出射需要的波长区域的光并进行曝光的光源装置和曝光装置。光源单元(41)具有第一LED阵列(411)、第一透镜阵列(412)、第二LED阵列(413)、第二透镜阵列(414)、分色镜(415)、第三透镜阵列(416)、第一成像光学系统(417)。第一LED阵列(411)出射中心波长385nm的光。第二LED阵列(413)出射中心波长365nm的光。分色镜(415)在第一LED阵列(411)的发光部(411c)的像上重叠第二LED阵列(413)的发光部(413c)的像来进行合成。
文档编号G02B27/09GK102402130SQ20111028145
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者城田浩行, 小久保正彦 申请人:大日本网屏制造株式会社