JP2007093958A - パターン加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 紫外レーザビームの走査を行うことなく、かつレジスト膜の十分なエッチング耐性を確保することができるパターン加工方法を提供する。
【解決手段】 表面上に、第１のレジスト膜と、該第１のレジスト膜とは感光特性の異なる第２のレジスト膜との２層がこの順番に積層された加工対象物を準備する。第２のレジスト膜が感光する波長域の光を用いて該第２のレジスト膜に直接描画して潜像を形成する。第２のレジスト膜を現像する。第１のレジスト膜の上に残った第２のレジスト膜をマスクとして、該第１のレジスト膜が感光する波長域の光を全面に照射して、第１のレジスト膜に潜像を形成する。第１のレジスト膜を現像する。加工対象物の表面上に残っている第１のレジスト膜をマスクとして、加工対象物の表面加工を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パターン加工方法に関し、特にプリント基板上に形成されたフォトレジスト膜に回路パターンを直接描画して配線パターンを形成する方法に適用可能なパターン加工方法に関する。

プリント基板上のフォトレジスト膜に回路パターンを描画する方法として、回路パターンが形成されたフォトマスクを用いた密着露光、縮小投影露光、近接露光等が知られている。プリント基板の少量多品種化が進むと、プリント基板の種類ごとにフォトマスクを作製しなければならない。このため、フォトマスクを用いない直接描画法が注目されている。

通常、銅膜をエッチングするときのエッチングマスクとして用いられるレジスト膜は、紫外域の光に感光する。紫外線レーザビームを走査しながら、画像データに基づいてレーザビームのオンオフ制御を行うことにより、レジスト膜に直接描画することができる。ところが、この直接描画装置は、紫外レーザ発振器、ポリゴンミラー及び音響光学素子等を含むため、高価である。

下記の特許文献１に開示されているプリント基板の形成方法にについて説明する。レジスト付き基板のレジスト面を、アレイ状に配置された端面発光型エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を有する露光光源に対向させる。制御回路により、各ＥＬ素子の発光をオンオフ制御しながら露光光源を移動させることにより、レジスト付き基板のレジスト膜に潜像を形成する。

レジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして銅膜をエッチングすることにより、配線パターンが形成される。

特開平５−８０５２４号公報

特許文献１に開示されたＥＬ素子の発光波長域は、４００〜５００ｎｍ程度である。この波長域で感度を有するレジスト膜は、銅膜のエッチングマスクとして十分なエッチング耐性を持たない。

本発明の目的は、紫外レーザビームの走査を行うことなく、かつレジスト膜の十分なエッチング耐性を確保することができるパターン加工方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）表面上に、第１のレジスト膜と、該第１のレジスト膜とは感光特性の異なる第２のレジスト膜との２層がこの順番に積層された加工対象物を準備する工程と、（ｂ）前記第２のレジスト膜が感光する波長域の光を用いて該第２のレジスト膜に直接描画して潜像を形成する工程と、（ｃ）前記第２のレジスト膜を現像する工程と、（ｄ）前記第１のレジスト膜の上に残った第２のレジスト膜をマスクとして、該第１のレジスト膜が感光する波長域の光を照射して、該第１のレジスト膜に潜像を形成する工程と、（ｅ）前記第１のレジスト膜を現像する工程と、（ｆ）前記加工対象物の表面上に残っている第１のレジスト膜をマスクとして、該加工対象物の表面加工を行う工程とを有する加工方法が提供される。

第２のレジスト膜に直接描画が行われ、第１のレジスト膜には直接描画は行われない。また、加工対象物の表面化工時には、第１のレジスト膜がマスクとして作用する。このため、第２のレジスト膜として、直接描画に適したものを採用し、第１のレジスト膜として、直接描画には適さないが、加工時のマスクとして適したものを採用することができる。

図１Ａ及び図１Ｂに、それぞれ実施例によるパターン加工方法に用いられる直接描画装置の正面図及び平面図を示す。基台１の上に、可動台２が取り付けられている。可動台２の上に、加工対象物１０、例えばプリント基板が保持されている。可動台２に保持されたプリント基板１０の表面に平行な面をＸＹ面とし、基台１に固定されたＸＹＺ直交座標系を定義する。

可動台２は、移動機構８によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動することができる。移動機構８は、制御装置４により制御される。可動台２に保持されたプリント基板１０の上方に、露光光源３が配置されている。露光光源３は、Ｙ軸に平行な方向に並んだ多数の発光画素を含む。基台１に対して、露光光源３の相対位置が固定されている。発光画素から放射された光が、可動台２に保持された加工対象物１０の表面の所定の位置に入射する。発光画素から放射された光が入射する領域を「集光領域」と呼ぶこととする。集光領域は、加工対象物１０の表面において、Ｙ軸に平行な方向に配列する。露光光源３の詳細な構造については、後に図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。

可動台２の上面に、集光位置検出器６が固定されている。可動台２に固定されたＵＶ直交座標系を定義する。Ｕ軸及びＶ軸は、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行である。集光位置検出器６は、露光光源３の発光画素から放射された光を受光することにより、実際に光が入射する位置を計測することができる。集光位置検出器６として、例えば４分割フォトディテクタを用いることができる。

可動台２の上方に、ＣＣＤカメラ等からなる撮像装置７が配置されている。撮像装置７は、基台１に対する相対位置が固定されており、加工対象物１０に形成されている位置合せ用のマークを観察することにより、その位置を計測する。さらに、集光位置検出器６を撮像装置７の視野内に配置することにより、集光位置検出器６の位置を計測することができる。

集光位置検出器６及び撮像装置７による検出結果が、制御装置４に入力される。制御装置４は、集光位置検出器６及び撮像装置７から入力された検出結果、及び予め与えられている画像データに基づいて、移動機構８を制御するとともに、露光光源３を構成する複数の発光画素の発光のタイミング制御を行う。

冷却装置５が、露光光源３に熱的に結合しており、露光光源３を冷却する。冷却装置５内に冷媒の流路が形成されている。冷媒導入路５ａから、冷却装置５内の流路に冷媒が導入され、流路を流れた冷媒が、冷媒排出路５ｂを通って排出される。

図２Ａに、露光光源３及び加工対象物１０の部分断面図を示す。露光光源３は、発光画素アレイ３０、遮光マスク３２、及び集光光学系３４を含んで構成される。発光画素アレイ３０は、Ｙ軸に平行な仮想直線に沿って配置された多数の発光画素３１を含む。発光画素３１の各々は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やＥＬ素子で構成され、その発光波長は近赤外域、例えば６８０ｎｍ〜７４０ｎｍである。

発光画素３１から放射された光の経路上に、遮光マスク３２が配置されている。遮光マスク３２には、発光画素３１に対応した開口３３が形成されている。
図２Ｂに、発光画素３１と開口３３との位置関係を示す。Ｚ軸に平行な視線で見たとき、開口３３は発光画素３１よりも小さく、開口３３の各々は、対応する発光画素３１に内包される位置に配置されている。発光画素３１から放射された光の一部が、その発光画素３１に対応する開口３３を通過し、残りの成分は、遮光マスク３２により遮光される。また、開口３３内の全領域を、対応する発光画素３１から放射された光が通過する。

図２Ａに戻って説明を続ける。集光光学系３４が、遮光マスク３２と加工対象物１０との間に配置されている。集光光学系３４は、遮光マスク３２に形成された開口３３の正立等倍像を、加工対象物１０の表面に形成する。開口３３が正方形である場合、その大きさによっては、解像限界により頂点が丸みを帯び、円形に近い像が形成される場合がある。集光光学系３４として、例えばＺ軸に平行な中心軸を持つ多数のセルフォックレンズがＸＹ面に平行な面に沿って２次元的に配置されたセルフォックレンズアレイを用いることができる。

図１Ａ及び図１Ｂに示した可動台２をＸ軸方向に移動させながら、描画すべき画像データに基づいて発光画素３１を発光させることにより、加工対象物１０の表面に直接描画することができる。

開口３３の等倍像は、Ｙ軸方向に離散的に分布する。このため、Ｘ軸方向に１回移動させただけでは、Ｙ軸方向に連続するパターンを描画することができない。加工対象物１０をＹ軸方向に、開口３３のＹ軸方向に関する寸法分だけ移動させ、その位置でＸ軸方向に移動させながら、２回目の描画を行う。Ｙ軸方向への移動と、Ｘ軸方向へ移動させながらの描画とを繰り返すことにより、Ｙ軸方向に連続したパターンを描画することができる。

加工対象物１０の表面における画素（ドット）の大きさは、遮光マスク３２に形成されている開口３３の大きさにより決定される。開口３３が発光画素３１よりも小さいため、遮光マスク３２を配置しない場合に比べて、描画される画像の画素を小さくすることができる。これにより、画像のドット密度を高めることが可能になる。

図３Ａ〜図３Ｆを参照して、実施例によるパターン加工方法について説明する。
図３Ａに示すように、ガラスエポキシ等からなるコア基板５０の上に、銅膜５１が配置された基板を準備する。銅膜５１の上に、紫外域に感度を持つドライフィルムレジスト（ＤＦレジスト）からなる第１のレジスト膜５２を貼り付け、さらにその上に、赤外域に感度を持つ第２のレジスト膜５３を貼り付ける。なお、ＤＦレジストの代わりに、ソルダーレジストを用いてもよい。

表面に２層のレジスト膜５２及び５３が形成された基板を、図１Ａ及び図１Ｂに示した直接描画装置の可動台２に載置して固定する。画像データに基づいて露光光源３の発光画素のオンオフ制御を行いながら、可動台２をＸ軸方向に移動させる。これにより、第２のレジスト膜５３に、画像データに基づく潜像が形成される。

図３Ｂに示すように、第２のレジスト膜５３を現像する。溶解しなかった第２のレジスト膜５３からなる第２のレジストパターン５３ａが形成される。第２のレジスト膜５３が溶解した領域には、第１のレジスト膜５２が露出する。

図３Ｃに示すように、全面に紫外線５５を一括照射する。第２のレジストパターン５３ａで覆われていない領域の第１のレジスト膜５２が感光し、潜像が形成される。第２のレジストパターン５３ａで覆われている領域においては、紫外線５５が第２のレジストパターン５３ａで吸収される。このため、第２のレジストパターン５３ａで覆われている領域は感光しない。なお、紫外線５５を照射する領域は、必ずしも全面である必要はない。形成すべき配線パターン等が分布する領域に紫外線５５を照射すればよい。

図３Ｄに示すように、第１のレジスト膜５２を現像する。溶解しなかった第１のレジスト膜５２からなる第１のレジストパターン５２ａが形成される。第１のレジスト膜５２が溶解した領域には、銅膜５１が露出する。

図３Ｅに示すように、第１のレジストパターン５２ａをエッチングマスクとして、銅膜５１をエッチングする。第２のレジストパターン５３ａのエッチング耐性が十分でない場合、銅膜５１のエッチング中に第２のレジストパターン５３ａが除去されてしまう。この場合でも、第１のレジストパターン５２ａが残るため、再現性よく銅膜５１のエッチングを行うことができる。これにより、銅配線パターン５１ａが形成される。図３Ｆに示すように、第１のレジストパターン５２ａを除去する。

上記実施例では、第１のレジスト膜５２および第２のレジスト膜５３として、それぞれ紫外域及び赤外域に感度を持つレジスト膜を用いたが、より一般的に、感度を持つ波長域が相互に異なる２種類のレジスト膜を用いることが可能である。このとき、下側に配置される第１のレジスト膜５２として、加工対象物の表層部のエッチング雰囲気において、第２のレジスト膜５３よりも高いエッチング耐性を持つものを用いることが好ましい。また、第２のレジスト膜５３として、第１のレジスト膜５２が感度を持つ波長域の光を吸収するものを用いることが好ましい。ただし、吸収率が１００％である必要はない。図３Ｃの工程において、第１のレジスト膜５２が露出している領域の露光量が、全厚さに渡って現像しきい値に到達したときに、第２のレジストパターン５３ａで覆われている領域の最上層の露光量が現像しきい値に到達しない程度に、紫外線を吸収すればよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１Ａは、実施例によるパターン加工方法で用いられる直接描画装置の正面図であり、図１Ｂは、その平面図である。 図２Ａは、実施例によるパターン加工方法で用いられる直接描画装置の露光光源及び加工対象物の断面図であり、図２Ｂは、発光画素と開口との位置関係を示す図である。 実施例によるパターン加工方法を説明するための製造途中段階における加工対象物の断面図である。

符号の説明

１ 基台
２ 可動台
３ 露光光源
４ 制御装置
５ 冷却装置
６ 集光位置検出器
７ 撮像装置
８ 移動機構
１０ プリント基板（加工対象物）
３０ 発光画素アレイ
３１ 発光画素
３２ 遮光マスク
３３ 開口
３４ 集光光学系

Claims (2)

1. （ａ）表面上に、第１のレジスト膜と、該第１のレジスト膜とは感光特性の異なる第２のレジスト膜との２層がこの順番に積層された加工対象物を準備する工程と、
   （ｂ）前記第２のレジスト膜が感光する波長域の光を用いて該第２のレジスト膜に直接描画して潜像を形成する工程と、
   （ｃ）前記第２のレジスト膜を現像する工程と、
   （ｄ）前記第１のレジスト膜の上に残った第２のレジスト膜をマスクとして、該第１のレジスト膜が感光する波長域の光を照射して、該第１のレジスト膜に潜像を形成する工程と、
   （ｅ）前記第１のレジスト膜を現像する工程と、
   （ｆ）前記加工対象物の表面上に残っている第１のレジスト膜をマスクとして、該加工対象物の表面加工を行う工程と
   を有するパターン加工方法。
2. 前記第２のレジスト膜が赤外域の光に感光し、前記第１のレジスト膜が紫外域の光に感光し、前記工程ｂにおいて、赤外域の光を用い、前記工程ｄにおいて、紫外域の光を用いる請求項１に記載のパターン加工方法。

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