JP2004258294A

JP2004258294A - パターン形成方法及びレジストパターン形成方法

Info

Publication number: JP2004258294A
Application number: JP2003048632A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kaneda; 安生金田; Toyoichi Komuro; 豊一小室
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】デジタルデータを２次元表示素子を用いて、ワークを相対的に一方向にスキャンしながら、ワーク上にパターンを形成する方法であって、２次元表示素子上の複数の画素がワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成する場合に、分解能、スループットともに良好なパターン形成方法を提供する。
【解決手段】ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能Ｒ［μｍ］と一回の画素スイッチングの間のスキャン移動距離をＳ［μｍ］とした時に、Ｓ＞Ｒとなる様に設定してパターンを形成する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク上にデジタルデータに基づいて２次元表示素子を利用してパターンを形成するためのパターン形成方法及びレジストパターン形成方法に関し、より詳しくは、分解能及びスループットをともに良好に保つ事のできるパターン形成方法及びレジストパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線板やリードフレーム、ディスプレイ等の電子材料において、配線や電極等の導体パターンを作製する際には、一般に導電性部材上に感光性フィルムをラミネートして、もしくは、液状感光塗液を塗布乾燥をして、その後、フォトマスクを重ねて露光して、レジストパターンを作製した後、アルカリ現像、エッチング処理を行い、パターン以外の不要の導電層を除き、しかる後にレジストを脱膜する事により導体パターンを作製していた。
【０００３】
近年、パソコンや家電品では、新商品のライフが年々短くなり、低価格化が進むと同時に新製品開発のサイクルも短縮し、そこに使われるプリント配線板その他の電子材料の製造に関しては、頻繁な回路設計変更に素早く短納期にて対応し、さらにはそれを低コストで実現できる製造システムが求められている。
【０００４】
そのため、最近注目されている技術として、直接描画（ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＩｍａｇｉｎｇ）技術がある。それは、基材に設けた感光体上（ワーク）にデジタルデータにより直接描画してフォトマスクを利用せずにパターンを形成するレジストパターン形成方法である。フォトマスクを使用しないため、フォトマスク作製に付随する、フォトマスク自体やその処理にかかるコスト及び時間が省略できる事となり、また、その工程に起因する欠陥原因を除去する事が可能となり、歩留まり向上も期待できる。従って、この直接描画技術は特に多品種少量の製品を作製する際に、短納期で低コストで高品質なレジストパターンの形成ができ、頻繁な回路設計変更に対応できる有望なシステムといえる。
【０００５】
また、フォトマスクを利用しないでデジタルデータからワーク上にパターンを形成する方法としては、レーザをポリゴンミラー等の回転を利用してスキャンを行う方式や、ＬＥＤアレイを並べてスキャンする方式、また、液晶（ＬＣＤ）パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等のフラットパネルディスプレイ技術を応用した露光方式も知られている。また、光を用いずに、インクジェット技術により、レジストパターンや導体パターンをワーク表面に直接に形成する種々の試みも始まっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
これらのデジタルデータから直接パターンを形成する方式では、通常の場合、デジタルデータに基づいて、各画素を時間的にｏｎ／ｏｆｆを行いながら、空間的にワーク上をスキャンする事が必要となる。ポリゴンミラーを利用したレーザスキャン方式では、レーザビームを幅方向にスキャンしながら、ワークを一方向に移動（スキャン）させながら、ワーク全面にパターン形成を行う。ビームの時間的なｏｎ／ｏｆｆのスイッチングは速いタイミングで可能であるが、大面積に微細なビームを露光する事や、また、高分解能でかつスループットを良好に出力するという点ではまだ課題がある。
【０００７】
ここで言う分解能とは、どのくらい細かい間隔でドットを形成していけるかというその最小距離の事であり、その能力の事である。分解能が高ければ（分解能の値が小さければ）、より細かくドットを形成する事ができ、曲線や斜めラインががたつきのない滑らかなラインが形成できる。
【０００８】
上述のレーザスキャン方式では、大面積の露光を行うには、大型の光学レンズ（ｆθレンズ）系が必要となり、装置コストが高くなるとともに、端部と中央部のビーム品質を均一にする事が難しくなる。また、高分解能な露光のためには、レーザのスキャンを細かく（すなわちワークの移動速度を遅く）設定する必要があり、それはすなわちスループットを悪化させる。
【０００９】
改善策としては、複数のレーザビームを用いれば良いが、その場合には、複数のレーザビームの位置関係を精度良く合わせるのが難しいという問題がある。従って、そのレーザビーム数にも限界がある。
【００１０】
一方、フラットパネルディスプレイ等で開発が進んでいるＬＣＤやＤＭＤの技術を利用して、ワーク上にデジタルデータからのパターンを描画してフォトマスクを使用せずにパターン形成を行うものも紹介されている（例えば、特許文献１参照）。その場合には、複数の画素が２次元的に周期的に配列した２次元表示素子を利用する事となる。この場合には、すでに量産実用化されている素子を利用するため、２次元表示素子の各画素間の位置関係は精度良く維持されており、上述のビーム位置合わせの困難からは解放される。
これらの２次元表示素子を用いて、ワークのパターン形成に必要な領域全面にパターン形成を行う方式としては、以下の様なものがある。光の露光を例にとり以下説明する。
【００１１】
まず簡単なものとしては、２次元表示素子上のｏｎ／ｏｆｆパターンをそのままワーク上のドットとして、縮小、等倍、拡大露光を行うものである。ワークのスキャンは行わないため、ワーク上の可能なドット数は２次元表示素子上の画素数と等しくなる。ワンショット露光で可能なため、フォトマスクを使用せずにスループットの速い処理が可能であるが、パターン面積や分解能は、２次元表示素子の画素数によって制限を受け、また、分解能に関しては、２次元表示素子の画素間の間隔の縮小拡大倍率を乗じたものとなり、２次元表示素子の配列に従ったドット構成に限られるため、粗いパターン及び小面積のパターン形成に限られる。
【００１２】
また、２次元表示素子として、レーザ熱書き込み相転移形の液晶を利用して、デジタルデータを別の熱レーザのスキャンにより、液晶パネルに書き込む技術が開示されている。ワークに対する露光マスクとなる液晶パネルの画素の大きさを、レーザビームの露光の分解能を高める事で小さくする事が可能で、高分解能なパターンの形成が可能になる（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方式では、液晶のマスクを得るためにレーザ描画が必要となり、より時間がかかるとともにシステムも複雑化して好ましくない。
【００１３】
また、大面積なワークに対しては、上述のワンショット露光をつなぎ合わせて大面積のパターン形成を行う技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方式では、つなぎ目の精度合わせが難しいものとなる。
【００１４】
また、２次元表示素子を利用した他のパターン形成方法としては、ステップワイズにワークを移動して露光する方式がある（例えば、非特許文献２参照）。２次元表示素子の各画素からのワーク上のドットの径を絞りこんで、これにより高分解能なパターン形成が可能となるが、ステップワイズにＸＹ平面に移動させるため、移動時の位置合わせ精度、位置合わせ時間に課題があり、スループットは遅くなる。また、大面積露光のためには、ＸＹ平面にともに精度良く駆動させる機構が必要となり、装置が大型化するとともに、機構も複雑化して好ましくない。
【００１５】
一方、２次元表示素子をワークの幅方向が露光できる様に配列させ、その配列方向と垂直な方向に２次元表示素子をワークに対して相対的にスキャンしながら、パターンを形成する方式が知られており、この方法であれば、移動の駆動も簡素化でき好ましい。
その際のパターン形成方法は、以下の様なものである。図１、図２を用いて説明する。図１に示す様に、パターン形成すべきワーク１を、矢印で示すスキャン方向７へ移動できるフラットベッド２上に載置し、そのフラットベッド上のワークに２次元表示素子を介して形成されたｏｎ／ｏｆｆのドットを投影する。その投影領域が投影領域５である。フラットベッドがスキャン方向７へ移動しながら、投影領域５がワークのパターン形成すべき領域をスキャンし、パターン形成を行う。２次元表示素子の各画素によるワーク上のドット形成位置をドット位置６で示す。
【００１６】
この際、ワーク上に投影される２次元表示素子の縦横のマトリクスを図１に示す様に矢印で示すスキャン方向７に対して、微小角度α傾けて設定、形成する。これにより、例えば、ある画素によるドット６１によりパターン形成できる直線が直線６３で示され、近傍の別の画素によるドット６２によりパターン形成できるワーク上の直線が直線６４である。従って、スキャン方向７に垂直な方向のドットの分解能Ｒｘが、２次元表示素子の画素が形成するドットのピッチＰよりも細かく設定する事ができ高分解能なパターン形成が可能となる。
【００１７】
ただし、スキャン方向のドットの分解能Ｒは、スキャンの移動速度と各画素のｏｎ／ｏｆｆの画素スイッチングのタイミングに依存しており、通常スキャン方向のドットの分解能Ｒは１回の画素スイッチングの間の移動距離Ｓと等しく設定されている。ここで言う画素スイッチングとは、各画素がパターン形成のためにｏｎ／ｏｆｆの切り替えを行う最小周期の事である。従って高分解能なパターン露光を実現するためには、一回の画素スイッチングの間の移動距離を短くしなければならず、そのためにはスキャン速度を遅くしなくてはならず、スループットが向上しない、という問題があった。
【００１８】
また、特にフォトポリマー等のレジスト材料に露光をこのパターン形成方法により行う際には、スキャン方向と垂直な方向の分解能を高めるためには、上述の傾き角を調整して、より細かなピッチでドットが並ぶ様に調整すれば良いが、そうする事は、スキャン方向に平行な直線上に並ぶ画素（例えば、図１の１０１と１０２）の数（図３に示すＮ個）が少なくなる結果となる。現行のフォトポリマーからなるレジスト材料を露光するには、感度に限界があるためある程度の露光量が必要となり、露光光源のパワーアップもしくは、複数の画素により同一のドットを重ねて形成する重ね露光が必要となる。露光光源のパワーアップは、イニシャルコスト、ランニングコストともに高めてしまう原因となり好ましくない。また、複数の画素により同一のドットを重ねて形成する重ね露光では、重ね数Ｎを増やすと、すなわち傾き角αをより大きく設定すると、上述のスキャン方向と垂直な方向の分解能Ｒｘを大きく（悪化）させる原因となる。Ｒｘを良好に保ちながら、レジストに必要な露光量を得るためには、露光時間を長くする、すなわちスキャンの移動速度を遅くする事となり、スループットが悪化する事となる。
【００１９】
液晶を用いて、スループットを向上させる試みとして、ランプ光源をＵＶ固体レーザ光源に置き換えて、露光のエネルギー密度を高めて短時間露光を実現させる技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この技術も、スループットは向上するがレーザ光源の初期コスト、寿命交換によるランニングコストがかかる結果となる。また、スループットに関しても、分解能Ｒは一回のスイッチングの間の移動距離に等しく設定されているため、制限される。また、２次元表示素子として液晶を用いた場合は、ＵＶに対しては、そのコントラスト（ｏｎとｏｆｆのワーク上の光量比）が悪く（低く）なる傾向にあり、画線のキレのよいパターン形成は難しくなる（例えば、非特許文献３参照）。
【００２０】
従って、高感度でかつ、広い露光波長範囲で感度を有するレジストシステムがこの露光方式によっては、重要となってくるが、その要請を満たすものとして、特願２００２−１８５６４４号に記載の電子写真方式を利用したレジストパターン作製方法がある。これによれば、低出力の光源の利用ができ装置コスト、ランニングコストともに下げる事ができ好ましいが、この方式によっても、従来のパターン形成方法であると、分解能Ｒを悪化させずにスループットを高める事、すなわち、フラットベッドのスピードを向上させる事は、できなかった。すなわち、たとえ、電子写真方式を利用して感度を高めたとしても、スキャン方向の分解能をある一定の値に保つ限り、スループットを向上する事はできなかった。
【００２１】
【特許文献１】
特表２００２−５２０８４０号公報
【特許文献２】
特開平１−１５５３４７号公報
【特許文献３】
特開昭６２−４４７１８号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１９４３９号公報
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス２００２年６月１７号（６７頁−７８頁）
【非特許文献２】
Ｍ＆Ｅ２００１年１２月号（１１６頁−１１９頁）「液晶によるレチクルレス露光方式の開発」
【非特許文献３】
ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．３９（３２４頁−３２９頁）（２０００）
Ｔ．Ｈｏｒｉｕｃｈｉｅｔａｌ．ＡＮｅｗＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＥｘｐｏｓｕｒｅＭｅｔｈｏｄＵｓｉｎｇａＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙａｓａＳｗｉｔｃｈｉｎｇＭａｔｒｉｘｉｎＰｌａｃｅｏｆａＲｅｔｉｃｌｅ
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ワーク上にデジタルデータに基づいて２次元表示素子を利用してパターンを形成する際に、分解能及びスループットをともに良好に保つ事のできるパターン形成方法及びレジストパターン形成方法を提供する事を目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、デジタルデータを２次元表示素子を用いて、ワークを相対的に一方向にスキャンしながら、ワーク上にパターンを形成する方法であって、２次元表示素子上の複数の画素がワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成する場合に、ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能Ｒ［μｍ］と一回の画素スイッチングの間のスキャン移動距離をＳ［μｍ］とした時に、Ｓ＞Ｒである事により達成される事を見出した。
【００２４】
また、ワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成しうる２次元表示上の画素の数をＮ、このＮ個の画素のワーク上のドット間隔をＤ［μｍ］、ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能をＲ［μｍ］としたときに、式（１）（２）（３）の関係を有する自然数Ｔ，ｉにより、スイッチングの間のスキャン移動距離Ｓ［μｍ］をＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉと設定してスキャンを行う事により、スループット及び分解能をともに向上させる事ができる。ただし、ＧＣＤ（Ｔ，ｉ）はＴとｉの最大公約数を示す。
【００２５】
【数２】

【００２６】
また、このパターン形成方法により露光を行ってレジストパターンを形成する際に、少なくとも片面に少なくとも導電層、電子写真感光層をその順に設けた積層材に露光及び必要な処理を行ってレジストパターンを形成する事により、スループット、分解能、装置のイニシャルコスト、ランニングコストともに良好に保つ事がわかった。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のパターン形成方法及びレジストパターン形成方法について詳細に説明する。
【００２８】
本発明に関わる２次元表示素子は、２次元的に複数の画素が周期的に並んだもので、コンピュータからのデジタルデータによって、各画素の駆動（ｏｎ／ｏｆｆ）を行えるものであり、ワーク上のドットのｏｎ／ｏｆｆの元となるものである。２次元表示素子のｏｎ／ｏｆｆを何らかの手段を経由してワーク上のドットへ反映させる。２次元表示素子の画素としては、ｏｎ／ｏｆｆのスイッチングができる素子であれば、いずれのものでも良く、２次元表示素子はその素子を２次元に配列させたものである。２次元表示素子としては、液晶パネルやＤＭＤ素子等のフラットパネルディスプレイに利用される素子、その他、ｅ−Ｐａｐｅｒ等で紹介される各種表示媒体、また、各種発光素子や電子ビーム、インクジェット等の吐出機構、光変調素子、シャッター等を２次元平面に配列させたものを利用する事ができる。いずれの場合も２次元での画素配列が、ある周期配列をもったものが使用できる。
【００２９】
液晶を利用した場合は、光の透過／非透過や偏光状態の違いを利用してｏｎ／ｏｆｆのスイッチングを行う。ＤＭＤではマイクロミラーの反射角度によって同様に光のｏｎ／ｏｆｆのスイッチングを行う。これらは、ともに光源を必要とし、２次元表示素子により、ｏｎ／ｏｆｆのスイッチングを行い、マイクロレンズアレイ、光学系等を介して、ワーク上に露光のドットとしてパターンを形成する。
ワークと２次元表示素子とは相対的に一方向に移動する事で、２次元表示素子によるパターンをワーク全面にスキャンを行う。
このスキャンは２次元表示素子を固定してワークを移動させても、ワークを固定して２次元表示素子を移動させても良い。また、双方を移動させても良い。また、双方を固定して、２次元表示素子からワークまでの経路を変化させて、ワーク上のパターンをスキャンする様にする事もできる。
【００３０】
一次元の移動を行う事で簡単な機構で位置合わせの精度良くパターン形成が可能となる。移動の駆動方式は、連続駆動でもある周期でのステッピング駆動でも可能である。移動の位置情報をセンシングして２次元表示素子のｏｆ／ｏｆｆの駆動のタイミングと同期をとる事で、位置合わせ良好なパターン形成が可能となる。
縦横に格子上に並んだ２次元表示素子を利用する場合には、２次元表示素子によるワーク上の投影位置をスキャン方向に対して、図１に示す様に角度αだけ傾けて設定する事もできる。
【００３１】
２次元表示素子上の複数の画素によるドットがワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上に並ぶ様に設定する必要がある。
２次元表示素子によるパターン形成法により、ワーク上に形成できるパターンのスキャン方向の各ドット間の距離−すなわちどれだけ細かくドットを打てるかのドット位置の細かさ−をスキャン方向のドットの分解能と呼び、Ｒで表す。単位はμｍ。一方、２次元表示素子の各画素のｏｎ／ｏｆｆのスイッチングの間隔（周期）にワークが相対的に移動する移動距離をＳ［μｍ］とする時、Ｓ＞Ｒの関係を満たす様に、ワークの相対的な移動の移動距離をコントロールする。もし、一つの画素によるドットでワークを相対的に移動させながらパターン形成をする場合には、画素のスイッチングの間の移動距離Ｓがすなわちスキャン方向の分解能Ｒと等しくなるが、本発明の方法によれば、２次元表示素子を用い、スキャン方向に平行な同一直線上に複数の画素によるドットが並ぶ様に設定した場合には、Ｓ＞Ｒの関係を満たす様なパターン形成方法が可能となり、分解能を維持しながらもスループット（すなわちスイッチングの間の移動距離）も向上させる事ができる。すなわち、ある画素のｏｎ／ｏｆｆによりワーク上にドットを形成した後、そのドットからスキャン方向に分解能分だけ移動した隣接のドットはその画素とは別の画素（ただし、スキャン方向と平行な同一直線上にある画素）のｏｎ／ｏｆｆにより形成する様にする。その方法については、種々の方式が考えられるが、既存のパターン形成装置を用いる事ができ、また、フラットベッドの移動速度と、パターンデータから各画素への割り当ての変更及び、ｏｎ／ｏｆｆタイミングの変更のみで対応が可能な以下の方式が好ましく活用できる。
【００３２】
すなわち、ワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成しうる２次元表示素子上の画素の数が複数ある場合にその数をＮ、このＮ個の画素のワーク上のドット間隔をＤ［μｍ］、前述のパターンのスキャン方向のドットの分解能をＲ［μｍ］としたときに、以下の式（１）（２）（３）の関係を有する自然数Ｔ，ｉを定め、そのＴ，ｉの値により、スイッチングの間のスキャン移動距離ＳをＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉと設定する。パターンデータから、各画素のｏｎ／ｏｆｆタイミングの割り当ては、への割り当て分解能を良好に保ちながら、スループットを向上させたパターン形成が可能となる。ただし、ＧＣＤ（Ｔ，ｉ）はＴとｉの最大公約数を示す。
【００３３】
【数３】

【００３４】
このワーク上へのドットの形成方法を図４により詳細に説明する。図４の▲１▼から▲５▼はそれぞれ、各画素からのドットを形成するためのビームを意味する。▲１▼から▲５▼まで５本のビームがスキャン方向に平行に等間隔（間隔Ｄ）に配列した場合を想定している。すなわちＮ＝５の場合である。図４の上段は横軸を時間として、ある時間に対する各ビーム（ドット）のワーク上（スキャン方向の直線上）の位置を示している。すなわち、この傾きがワークと画素との相対的な移動速度を表す。図４の下段は、横軸の時間に対応して、▲１▼から▲５▼までの５本のビームのｏｎ／ｏｆｆのタイミングを示している。各ビームの２本の平行点線の上の点線に重なった場合がｏｎを表し、下の点線に重なった場合がｏｆｆを表す。図４は５つの画素から生成される同一直線上のあるピッチＤ隔たった５つのドット（▲１▼から▲５▼）のｏｎ／ｏｆｆタイミングを横軸を時間軸として示したものである。形成すべきワーク上のドットパターンをドットパターン１０で示す。各画素のワークに対するドット形成可能位置を▲１▼から▲５▼の直線で示してある。この傾きがワークと画素との相対的な移動速度を表す。
図４の例では、画素のスイッチングの間隔をｔで表し、その間のワークの移動距離をＳで表している。
【００３５】
従来の方法（図７）では、図４と同様のドットパターン１０（分解能Ｒ）を形成する際には、一回の画素スイッチングの時間間隔ｔの間に距離Ｓだけ移動させドットを形成していく。この際Ｒ＝Ｓである。一方、本発明のパターン形成方法では、図４に示す通り、Ｓ＝５Ｒとなっており、同じ分解能を持ちながら、ワークの移動距離を速く、すなわちスループットを速く設定する事ができる。
【００３６】
本発明のパターン形成の例を図４、図５を用いて詳細に説明する。すなわち、ワーク上のスキャン方向にドットパターン１０を形成する際には、例えば、ある画素▲１▼からのビームでドット１１を形成した後、次のスイッチングタイミングでは画素▲１▼からのビームはドット１２を形成する。すなわち一回の画素スイッチングの移動距離は５Ｒと設定している。以下、ドットパターン１０の全ドットの形成のためのシーケンスを詳細に説明すると、次の様になる。１回目のスイッチングタイミングで▲１▼のビームでドット１１を形成、２回目のスイッチングタイミングで▲１▼のビームでドット１２及び、▲２▼のビームでドット１３を形成、３回目のスイッチングタイミングで▲３▼のビームでドット１４を形成。４回目のスイッチングタイミングで▲３▼のビームでドット１５を形成。５回目のスイッチングタイミングで▲４▼のビームでドット１６を、▲５▼のビームでドット１７を形成。６回目のスイッチングタイミングで▲５▼のビームでドット１８を形成して、ドットパターン１０が完成する。
【００３７】
この本発明の方法によれば、従来方法と同様のドットの分解能Ｒを維持しながらも、一回の画素スイッチングの間の移動距離を５倍とする事ができ、スイッチングのタイミングの時間を長く設定したとしても（例えば、図４に示す様に素子自体の持つｏｎ／ｏｆｆ駆動タイミングの２倍を画素ドット形成の画素スイッチングタイミングとして設定したとしても）従来よりもスループットの向上をはかる事ができる。
【００３８】
この際、ビームｏｎ時の移動距離により一画素のドット形状が変化するが、それはビームスポット形状を補正する事や、露光のパルス信号化、または移動を連続駆動ではなくステップ駆動（すなわち、露光時には移動ストップ）させる事により、パターン形成に良好なドット形状を得る事ができる。
【００３９】
上述の例ではＮ＝５を例として説明したが、本発明の方法は、Ｎ，Ｒの関係が前述の式（１）（２）（３）の関係を満足していれば、いずれの方式を用いても良く、分解能Ｒ、スループット、露光重なり度合い、スキャンと垂直な方向の分解能Ｒｘ等のバランスを考慮して設定する事ができる。上述の例では、Ｎ＝５に対して、従来技術との比較のため、Ｒ＝Ｄ／４と設定した。すなわち、Ｒ＝ＧＣＤ（Ｔ，ｉ）＝Ｄ／４を満足させるため、ＴとｉをＴ＝５、ｉ＝４と設定し（すなわちＲ＝ＧＣＤ（５，４）・Ｄ／４＝Ｄ／４）、これより、画素スイッチングの間の移動距離ＳはＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉ＝５Ｄ／４となる。一方、従来技術の方法（図７）では、一回の画素スイッチングの間の移動距離Ｓ＝Ｒ＝Ｄ／４となり、一回の画素スイッチングの間の移動距離としては、本発明の方法によれば５倍の移動距離が得られる。
【００４０】
これらの関係はＴとｉを条件式に合う形で任意に選択する事で、様々な分解能Ｒ及び画素スイッチングの間の移動距離Ｓの設定が可能となる。ただし、一旦設定を決めると、それに対して、２次元表示素子の各画素とワーク上の画素との関係を登録して、デジタルデータからの画像データを、適切な２次元表示素子の画素のｏｎ／ｏｆｆに変換して、スキャンの移動と同期させて適切なパターン形成を行わせる様に設定する必要がある。
【００４１】
また、本発明の方法では、スキャン方向と垂直方向に、必要なら２次元表示素子を複数個配列させる事ができるが、この２次元表示素子間のパターンのつなぎ目を滑らかにする必要がある。これに関しては、２次元表示素子の位置合わせを確定させた後、実際に露光させて各画素の位置関係を明確にした上で、つなぎ目がなめらかとなる様にデータ上で修正する事でつなぎ目を精度良く合わせる事ができる。
【００４２】
また、本発明の方法のレジストパターン形成方法は上述のパターン形成方法を良好にレジストパターン形成に適用するための方法である。本発明のパターン形成方法は上述の様に、従来の方法に比べ、分解能を良好に維持したままスキャンの移動速度を向上させる事ができる。もしくは、スキャンの移動速度を良好に維持したまま、分解能を向上、または、スキャンの移動速度、分解能ともに向上させる事ができる。ただし、従来の方法と比較して、同一ドットへの重ね露光の重なり回数は少なくなる。従来のフォトポリマー等のレジストに本発明のパターン形成方法により露光を行った際には、露光エネルギーの要請から、重ね露光が必要となり、本発明のパターン形成方法によるメリットが充分生かされない場合がある。
本発明のレジストパターン形成方法では、感光層として電子写真感光層を用いる事で、本発明のパターン形成方法のメリットを最大限に発揮させ、良好なレジストパターン形成方法が実現できる。
【００４３】
本発明のレジストパターン形成方法に関わる導電層は、銅、銀、アルミニウム、ステンレス、４２アロイ、ニクロム、タングステン、ＩＴＯ等が挙げられる。本発明のレジストパターン形成方法に関わる積層材としては、ガラスや絶縁性基材の上に導電層及び電子写真感光層を設けたものが利用できる。また導電層及び電子写真感光層のみの積層材も使われる。絶縁性基材としては、ガラス基材エポキシ樹脂板、紙基材フェノール樹脂板、紙基材エポキシ樹脂板、ガラス基材ポリイミド樹脂板、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、及びポリふっ化ビニルフィルム等が挙げられる。
【００４４】
本発明のレジストパターン形成方法に関わる電子写真感光層としては、特開平８−３２２３２号公報に記載の光導電層の様な通常の帯電後露光するタイプの電子写真感光体、及び特願２０００−３６６６４４号に出願の様なフォトメモリー性感光体を使用する事ができる。
これらの感光層を、導電層上に形成する方法としては、ディップコート法、ロールコート法、グラビアコート法、ダイコート法、バーコート法、スプレーコート法、電着法、スクリーン印刷法、カーテンコート法、スピンコート法等が利用できる。
【００４５】
本発明のレジストパターン形成方法に関わる電子写真感光層の処理について説明する。帯電及び露光もしくは、露光及び帯電を行って静電潜像を形成した積層材にトナー現像処理を行って、静電潜像をトナー画像化する。その後のアルカリ現像工程においてアルカリ現像液に対してレジストとなるものであれば、乾式トナー現像、液体トナー現像、いずれのトナー現像方式も利用可能である。高解像性の画像を得るためには、液体トナー現像が望ましい。この際の露光を本発明のパターン形成方法により行う。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではない。
【００４７】
実施例１
下記の表１に基づいた塗液を調液し、ガラス基材にアルミ蒸着層を設けたものの上にディップ塗布法を利用してアルミ蒸着層面に電子写真感光層（フォトメモリー性感光体）を形成した。ガラスサイズは３５６ｍｍ×４３２ｍｍのものを使用した。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【化１】

【００５０】
この感光層を設けた基材をワークとして、図６に概略図を示す様な２次元表示素子を利用した露光装置によりパターン露光を行い、その後、トナー現像処理を行って、レジストパターンを形成した。その際の露光によるパターン形成の方法は以下の様にして行った。
【００５１】
まず、電子写真感光層を設けたワーク１をフラットベッド２の所定の位置にセットし、露光を行う。露光は、コンピュータ４からのデジタルデータをパターン生成手段３に送り、パターン生成手段３では、そのデジタルデータに従って、その中に内蔵する２次元表示素子の画素のｏｎ／ｏｆｆを行う。この際、デジタルデータ上のドットを、どの画素のどのタイミングのｏｎ／ｏｆｆに一致させるかは、後述するパターン形成の方法により決定され、あらかじめ設定がなされる。パターン生成手段３内には、微小なミラーが等間隔に配列されたデジタルマイクロミラーデバイスからなる２次元表示素子及び光源を内蔵しており、光源からの光をデジタルマイクロミラーデバイスの各画素のミラーの角度を変える事で、画素のｏｎ／ｏｆｆを行い、レンズ光学系を経てワーク上の所定の位置に露光ドットを形成する様になっている。
【００５２】
２次元表示素子による露光をワーク上に投影したときのドットの形成位置を図１に示す。各画素をｏｎにした際のワーク上のドット位置の間隔Ｐ［μｍ］は１５．０μｍであり、２次元表示素子の画素数は縦６００個、横８００個配列した４８万画素のものを３０個幅方向に配列させたものである。矢印で示すスキャン方向７に対して微小角度αだけ傾けて露光する様になっている。角度αはｔａｎα＝１／３０となる様に設定（α＝１．９１°）してある。従って、スキャン方向に平行な直線上に並ぶ画素の数Ｎは６００／３０＝２０個となる。その間隔ＤはＤ＝３０Ｐ／ｃｏｓα＝４５０．２５μｍとなる。スキャン方向に垂直な方向の分解能Ｒｘは、図２に示す様に、Ｒｘ＝Ｐ・ｓｉｎα＝０．５０μｍとなる。
【００５３】
この２次元表示素子の素子自体の可能なスイッチング時間は５０００Ｈｚである（スイッチングの最小間隔は０．２ｍｓｅｃ）ものを使用した。
次の様にして露光を行った。
【００５４】
Ｒを０．５０μｍとなる様にｉ、Ｔを表３に示す様に、ｉ＝９０１、Ｔ＝４と定めた。このときの一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳはＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉ＝２．００μｍとなり、一画素スイッチングに要する時間を、素子のスイッチング時間と等しく０．２ｍｓｅｃとすると、フラットベッドの移動速度は、１０．０ｍｍ／ｓｅｃとなった。この条件にて、ワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定を行ってパターン露光を行った。
各ドットの多重露光数は、５となる。
【００５５】
この方法により、分解能はＲｘ＝０．５０μｍ、Ｒ＝０．５０μｍでありながら、フラットベッドの移動速度は１０．０ｍｍ／ｓｅｃという速いスピードでのパターン形成が可能であった。４３２ｍｍ長さのワークを露光するのに必要な時間は、約４３ｓｅｃの速さである。
その後、帯電及びトナー現像を行ってレジストパターンを形成し、良好なレジストパターンが形成できた。
その後、アルカリ現像、エッチングを行った結果、良好な導電性パターンが得られた。
【００５６】
比較例１
表３にある通り、一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳはＳ＝Ｒ＝０．５０μｍと設定し、その条件にてワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定した以外はすべて実施例１と同様にして露光を行った。この際、多重露光数は２０となり、フラットベッドの移動速度は２．５ｍｍ／ｓｅｃであった。４３２ｍｍ長さのワークを処理するのに３分近くの時間がかかり、スループットとしては好ましくない結果となった。
【００５７】
実施例２
実施例１において、ワーク上の感光層を感光性のフォトポリマーで形成し、帯電及びトナー現像処理を省略した以外は、実施例１と同様にしてパターン形成を行い、レジストパターン形成を行った。その結果、良好な分解能でスループットも良好にレジストパターンの形成ができたが、その後のアルカリ現像、エッチングを行った結果、画線パターンの細りが観測され、やや露光量不足である事がわかった。従って、画線の仕上がりに対して、更に好ましい結果を得るためには、露光機の光源のパワーをより大きなものにコストをかけて変更する必要がある事がわかった。
【００５８】
実施例３
実施例１の感光層の形成において、以下の様な塗液を調整し、塗布方式をスピンコータで塗布した以外は、すべて実施例１と同様にして感光層の形成を行った。すなわち、塗液は電子写真感光層形成のための塗液で、有機光導電体にはχ型無金属フタロシアニン、結着樹脂にはｎ−ブチルメタクリレート／ｎ−ブチルアクリレート／メタクリル酸共重合体（単量体質量比４：３：３、重量平均分子量約２００００）、溶剤には１−メトキシ−２−プロパノールを使用し、表２に示した配合組成に従って混合し、有機光導電体を０．２μｍ以下の粒子径になるまで分散を行い不揮発分が３３質量％の塗液を作製し、電子写真感光層を形成したワークを得た。
【００５９】
【表２】

【００６０】
このワークを全面帯電を行った後、実施例と同様に図６に示す露光装置に載置して露光を行ったが、その際、ｉ＝９００、Ｔ＝１９と設定し、一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳはＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉ＝９．５１μｍとし、かつ、一画素スイッチングを素子自体のスイッチング時間の４回分をもって設定し、その条件にてワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定した他は、全て実施例１と同様にしてパターン形成のための露光を行った。その後、トナ現像を行い、レジストパターンの形成を行った。
【００６１】
その結果、分解能はＲｘ＝０．５０μｍ、Ｒ＝０．５０μｍでありながら、フラットベッドの移動速度は１１．９ｍｍ／ｓｅｃという速いスピードでのパターン形成が可能であった。４３２ｍｍ長さのワークを、約３６ｓｅｃの速さで露光ができた。また、画素のスイッチングのための時間を素子自体のスイッチング時間（０．２ｍｓｅｃ）の４回分、すなわち０．８ｍｓｅｃとした事で、データ転送等の負荷も軽減され、装置に負荷をかけず、簡易な構成でパターン生成手段を構成する事ができる事がわかった。多重露光数は１であった。
【００６２】
その後、アルカリ現像、エッチングを行った結果、良好な導電性パターンが得られた。
【００６３】
実施例４
実施例３と同様のワークを用い、２次元素子のワーク上での傾斜角度αをｔａｎα＝１／１５となる様に設定（α＝３．８１°）した。その際、Ｎ＝４０となり、Ｄ＝１５Ｐ／ｃｏｓα＝２２５．５０μｍとなる。スキャン方向と垂直の方向の分解能ＲｘはＲｘ＝Ｐ・ｓｉｎα＝１．００μｍとなる。その構成の元、ｉ＝２２５、Ｔ＝１３と設定し、従って、一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳはＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉ＝１３．０３μｍと設定し、その条件にてワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定した他は、全て実施例３と同様にしてパターン形成及びレジストパターン形成を行った。多重露光数は３となった。
【００６４】
その結果、露光の分解能はＲｘ＝Ｒ＝１．００μｍであるが、フラットベッドの移動速度は１６．３ｍｍ／ｓｅｃという速いスピードが可能であった。４３２ｍｍの長さのワークの露光が、２６．５ｓｅｃの速さで可能であった。
その後、アルカリ現像、エッチングを行った結果、良好な導電性パターンが得られた。
【００６５】
比較例２
実施例４において、一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳをＳ＝Ｒ＝１．００μｍと設定し、その条件にてワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定した以外はすべて実施例４と同様にして露光を行った。この際、多重露光数は４０となり、フラットベッドの移動速度は５．０ｍｍ／ｓｅｃであった。４３２ｍｍ長さのワークであれば約９０ｓｅｃの時間がかかり、スループットとしては好ましくない結果となった。
【００６６】
実施例５
実施例４において、ｉ＝２２５、Ｔ＝１７と設定し、従って、一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳはＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉ＝１７．０４μｍと設定し、かつ、一画素スイッチングを素子自体のスイッチング時間の２回分をもって設定しその条件にてワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定した他は、全て実施例４と同様にしてパターン形成及びレジストパターン形成を行った。多重露光数は２となった。
その結果、露光の分解能はＲｘ＝Ｒ＝１．００μｍであるが、フラットベッドの移動速度は４２．６ｍｍ／ｓｅｃという速いスピードが可能であった。４３２ｍｍ長さのワークの露光が、約１０ｓｅｃの速さで可能であった。
その後、アルカリ現像、エッチングを行った結果、良好な導電性パターンが得られた。
【００６７】
実施例６
実施例３と同様のワークを用い、２次元素子のワーク上での傾斜角度αをｔａｎα＝１／５０となる様に設定（α＝１．１５°）した。その際、Ｎ＝１２となり、Ｄ＝５０Ｐ／ｃｏｓα＝７５０．１５μｍとなる。スキャン方向と垂直の方向の分解能ＲｘはＲｘ＝Ｐ・ｓｉｎα＝０．３０μｍとなる。その構成の元、ｉ＝２５００、Ｔ＝１１と設定し、従って、一画素スイッチングあたりにフラットベッドが進む距離ＳはＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉ＝３．３０μｍと設定し、かつ、一画素スイッチングを素子自体のスイッチング時間の２回分をもって設定し、その条件にてワーク上のパターンに相当する位置にドットを形成する様に設定した他は、全て実施例３と同様にしてパターン形成及びレジストパターン形成を行った。多重露光数は１となった。その結果、フラットベッドの移動速度が８．３ｍｍ／ｓｅｃという良好な速さでありながら、露光の分解能をＲｘ＝Ｒ＝０．３０μｍと高める事が可能であった。４３２ｍｍ長さのワークの露光が、５２ｓｅｃの速さで可能であった。その後、アルカリ現像、エッチングを行った結果、高精細な良好な導電性パターンが得られた。以上の結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】

【００６９】
【発明の効果】
以上説明した如く、デジタルデータを２次元表示素子を用いて、ワークを相対的に一方向にスキャンしながら、ワーク上にパターンを形成する方法であって、２次元表示素子上の複数の画素がワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成する場合に、ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能Ｒ［μｍ］と一回の画素スイッチングの間のスキャン移動距離をＳ［μｍ］とした時に、Ｓ＞Ｒとなる様に設定してパターンを形成する事により、分解能とスループットをともに良好にする事ができる。その具体的な一方法として、ワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成しうる２次元表示素子上の画素の数をＮ、このＮ個の画素のワーク上のドット間隔をＤ［μｍ］、ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能をＲ［μｍ］としたときに、以下の式（１）（２）（３）の関係を有する自然数Ｔ，ｉにより、画素スイッチングの間のスキャン移動距離Ｓ［μｍ］をＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉと設定してパターン形成を行う事により、分解能とスループットをともに良好にする事ができる。ただし、ＧＣＤ（Ｔ，ｉ）はＴとｉの最大公約数を示す。
【００７０】
【数４】

【００７１】
また、このパターン形成方法を露光手段として用いて、少なくとも片面に少なくとも導電層、電子写真感光層をその順に設けた積層材にパターン形成を行う事により、フォトマスクを必要とせず、かつ高分解能で高スループットで装置コスト、ランニングコストともに低減させたレジストパターン形成ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によるワーク上のドット形成状況の説明図。
【図２】スキャンと垂直方向の分解能Ｒｘと傾斜角度αとの関係を説明するための説明図。
【図３】本発明の方法で用いられる２次元表示素子のワーク上のドットパターン及びスキャン方向と平行な直線上に並ぶ画素数Ｎについての説明図。
【図４】本発明の方法の画素のｏｎ／ｏｆｆタイミングの一例を説明するためタイミング図。
【図５】本発明の方法で用いられる２次元表示素子のワーク上のドットパターン形成の説明のためのドットパターン図。
【図６】本発明の方法を実施する２次元表示素子を利用した露光装置の概略構成図。
【図７】従来の方法による画素のｏｎ／ｏｆｆタイミングを説明するためのタイミング図。
【符号の説明】
１ワーク
２フラットベッド
３パターン生成手段
４コンピュータ
５２次元表示素子投影領域
６各画素のワーク上のドット位置
７スキャン方向
１０ドットパターン
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８ドットパターン１０を形成するドット
６１ある画素１によるドット
６２ある画素２によるドット
６３ある画素１によるドットが形成する直線
６４ある画素２によるドットが形成する直線
１０１、１０２スキャン方向に平行な直線上に並ぶ画素の組の例

Claims

デジタルデータを２次元表示素子を用いて、ワークを相対的に一方向にスキャンしながら、ワーク上にパターンを形成する方法であって、２次元表示素子上の複数の画素がワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成する場合に、ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能Ｒ［μｍ］と一回の画素スイッチングの間のスキャン移動距離をＳ［μｍ］とした時に、Ｓ＞Ｒである事を特徴とするパターン形成方法。
ワーク上のスキャン方向に平行な同一直線上にドットを形成しうる２次元表示素子上の画素の数をＮ、このＮ個の画素のワーク上のドット間隔をＤ［μｍ］、ワーク上に形成されるパターンのスキャン方向のドットの分解能をＲ［μｍ］としたときに、式（１）（２）（３）の関係を有する自然数Ｔ，ｉにより、画素スイッチングの間のスキャン移動距離Ｓ［μｍ］をＳ＝Ｔ・Ｄ／ｉと設定した事を特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。ただし、ＧＣＤ（Ｔ，ｉ）はＴとｉの最大公約数を示す。
少なくとも片面に少なくとも導電層、電子写真感光層をその順に設けた積層材に露光及び必要な処理を行ってレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法において、該露光を請求項１もしくは２に記載のパターン形成方法により行う事を特徴とするレジストパターン形成方法。