電子回路基板用縦型投影露光装置 ∼電子回路基板の最先端デザインルールに対応する次世代標準露光機∼ （株）オーク製作所１．はじめにパソコン・携帯電話・デジタル家電機器に利用されている電子回路基板は、多機能化や軽薄短小化に対応する為、高精細化・高密度化が進んでいる。その中でもパソコンの心臓部であるMPU部・各種グラフィックコントロール部のパッケージ基板は、特に高精度が要求されており、従来の露光装置では対応が困難になってきている。従来の露光装置は、フィルムマスクを用いた一括コンタクト露光方式であり、基板自身とフィルムマスクの伸縮の為にオーバーレイ精度に限界がある。また高精細化にも限界があり、次世代電子回路基板の生産に適用するには難しい問題が顕在化していた。そのような中、露光装置メーカ各社から分割投影露光装置が提案されているが、未だ量産工程において主力製品の生産に利用されていないのが現実である。これはスループット、解像性能、限定された変倍機能などの諸問題等が理由である。オーク製作所はこれらの問題を解決する「ステップ＆リピート縦型投影露光装置 EXP-2330」を市場投入し、次世代・次々世代の電子回路基板の生産に対応している。本稿ではEXP-2330について、その特徴と優れた諸性能について紹介する。写真１ EXP-2330外観李徳２．装置コンセプト従来の投影露光装置の問題点は、下記の点であった。 ① 分割露光をする為、処理能力が低く生産性が悪い ② 投影レンズに色収差があり、波長を限定する為に照度が低く、処理能力が低い ③ 波長が限定されてしまい、使用レジストが限定される ④ 基板伸縮に対応しきれていない上記問題点を解決しつつ、次世代・次々世代の市場ニーズに応える為、オーク製作所は以下の点を装置コンセプトに盛り込んだ。（１）g-h-i線の3波長すべてを利用した、高照度・高解像力を有する投影レンズ（２）量産性を高める為の、結像倍率１：１の大面積一括露光（３）基板伸縮に対応する為の、XY変倍機能＋X変倍機能（４）高スループット・低ランニングコストを両立する低COOの量産装置図１ OPL-020概観色収差はレンズのプリズム効果により発生する収差である為、レンズパワー（屈折力）が強ければ強い程、色収差量が増大する。通常のレンズのみで構成された屈折投影レンズでは、レンズが全ての屈折力を担っている為、３．高性能投影レンズ色収差が大きくなる。それに対し、「OPL-020」では屈折力の大半を凹面ミラーが有しており、レンズは一部の露光には紫外光であるg、h、i 線を利用しマスク像を基板表面に塗布されたレジストに光学収差の補正の役目しか担っていない為転写するが、この際に投影レンズ自身の色収にレンズパワーが小さく、色収差の発生を極小に抑制できる。差によって波長毎のピント位置が異なり、解像力の低下を招いていたのが従来の投影レンズである。この問題を回避する為、従来は i 線以外の光をカットし、単波長の紫外光として露光を実施していた。この為に照度が低く、露光処理に時間がかかるという問題点を抱えていた。この問題を解決する為に、投影レンズにはレンズとミラーの複合光学系である反射屈折投影レンズ「OPL-020」を新規開発し、装置に搭載した。色収差が理論上無いミラー系（反射光学系）と、大面積露光エリアを確保する事が容易なレンズ系を組み合わせる事に図２色収差イメージより、電子回路基板の生産に最適な投影レンズを、提供する事が可能となった。図３に通常の屈折投影レンズとOPL-020の色収差量の比較グラフを示す。通常の屈折投影レンズは色収差発生の為、波長によるピントズレ量が大きく、波長選択しない限り高解像力を達成する事が出来ないのがわかる。それに対し、OPL-020は紫外線に限らず、可視光であるe線（546nmの緑色光）までピントが良好に補正されている。この優れた色収差特性により、OPL-020はg,h,i 線3波長露光による高解像力を達成する事が可能である。写真２アライメント画像例図４変倍機能による伸縮補正能力図３色収差比較４．変倍機能基板は基板自身の材質的な要因に起因する伸縮、露光・現像・エッチングなどの製造工程に起因する伸縮など、様々な伸縮を発生する。基板が伸縮する事で、基準寸法からズレが発生し、その分位置合わせの精度が悪化する事が大きな問題として顕在化していた。従来はこの基板伸縮量のコントロールが難しい為、基板の伸縮に応じて基準マスクに対して一定のスケーリングを施し、マスクの再描画をしていた。この問題を解決する為、EXP-2330は独自の変倍機能を標準装備している。投影レンズ「OPL-020」にはXY方向を均一に変倍できる『XY変倍機能』、X方向のみを変倍できる『X 変倍機能』を達成する為に、可変光学素子が配置されている。この機能を用いる事で、アライメント時に計算されたXY変倍量・X変倍量をフィードバックし基板伸縮に対してリアルタイムで最適な変倍を実現できる。図４は変倍機能による基板伸縮補正の概念である。伸縮補正をしていない場合、露光エリア周辺の4点をアライメントした際に、基準寸法に対してXY方向ともに拡大寸法となっており、位置ズレが大きい事がわかる。ここで XY変倍機能を利用すると、XY方向均一に縮小変倍がかかり、位置ズレが小さく抑制できる。しかしこの場合、基板はX方向とY方向の伸縮率が異なる為、Y方向に最適化するとX 方向が最適倍率になってない事がわかる。ここでX変倍機能を利用すると、X方向とY 方向の異なる伸縮率を補正できる為、露光面全面において最適な伸縮補正が実現できる。図５に示すように、前記のXY変倍機能と高精度アライメント機能を用いる事で、露光面全面でのオーバーレイヤ精度（総合重ね合わせ精度）は次世代の電子回路基板の要求精度を十分に満たす事が可能である。また、これにX変倍機能を加える事で次世代に留まらず、次々世代の電子回路基板の要求精度に応える事も実現可能となった。６．高照度・高均一照明系５．高精度アライメント高精度アライメントに必要不可欠な4点アライメントを標準装備。マスクマークは露光に影響の無いe線（546nmの緑色光）で投影する TTL方式を採用し、ワークマークは専用の別光源でリアルタイムに同時画像取得する為に高速で鮮明なマーク認識が可能である。様々なマークに対して鮮明なアライメント像写真３露光照明ユニット概観を得る為に、独自光学設計による専用アライメントスコープを開発・製作し装置に搭載した。ショートアークランプを自社生産している強これにより、画面視野の周辺まで歪みのないみに加え、高精度な独自照明解析技術により、プリント配線板用投影露光装置として業均一な像取得を可能となった。界最高照度を達成し、仕様値で照度分布 94.2％（照度ムラ±3％相当）を実現した。（3ｋWショートアークランプ使用時）また使用するレジスト感度に合わせ1kW、 2kW、3kWのランプを選択可能とする事で、低ランニングコストを達成できる。図５オーバーレイヤ精度図６ランプ電力による照度の差７．パーティクルフリーな装置構成日立化成 RY-3325 ニチゴーモートン NIT2025 太陽インキ AUS303 25μmt 10μmL/S 25μmt 10μm L/S 20μmt φ50μm Hole マスクと基板を垂直に配置する縦型露光装置の構成とした為、浮遊ゴミなどのパーティクルによる不良を大幅に低減する事が可能である。またHEPAフィルターを介した理想的なダウンフローを実施している為、レジスト昇華物が光学パーツに付着する問題も最小限に抑制可能である。図７解像力評価結果サンプル８．おわりに型式 EXP-2330 基板サイズ MAX. 510×610mm ∼ MIN.250×330mm マスクサイズ 10インチガラスマスク板厚 0.06mmt ∼ 2.0mmt (銅箔、レジスト含む）レンズ型式反射屈折光学系「OPL-020」露光面積 200×100mm 露光波長 g-h-i 3波長解像力 10μmL/S （DFR 20μmt）使用ランプ AHD-1000PH , AHD-2000PH , AHD-3000PH 初期照度 140mW/cm2 （オーク製作所製 UV-M03 SN-35センサ）照度ムラ照度分布 94.2％（照度ムラ±3％）アライメント方式非露光波長 4点TTLアライメント重ね合わせ精度 ±6μm （3σ 6μm）サイクルタイム（2.5秒+露光時間）×ショット数＋12秒（ワーク交換時間）今後、「スーパーコネクト領域」と呼ばれる配線・接続技術である、配線パターン10μmL/S、オーバーレイヤ精度10μm以下の市場は急速に拡大していく事が予想される。当社は高精度コンタクト式露光装置を広く市場に販売しており、EXP-2330がラインアップに加わる事で次世代・次々世代の高精度基板の生産に対応する事が可能である。EXP2330は国内外の電子回路基板製造トップメーカーへ順次納入される予定であり、次世代の電子回路基板の生産には欠かせない製品であると確信している。光応用技術に脚光が浴びる中、当社はショートアークランプに代表される光源技術をベースに、各種応用製品を展開し業界の発展に寄与していく所存である。図８装置仕様【筆者紹介】李徳（株）オーク製作所露光機器事業部設計グループ〒190-0182 東京都西多摩郡日の出町平井28−5 TEL ：０４２−５９７−４３９８ FAX ：０４２−５９７−４３９９ E-Mail ： [email protected]