JP5323442B2

JP5323442B2 - パターン形成方法

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Publication number: JP5323442B2
Application number: JP2008268468A
Authority: JP
Inventors: 薫子加藤; 欣秀山口; 健彦長谷部; 雅一岸; 山口　　剛
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: CN101424876A; JP2009134273A; TW200930184A

Description

本発明は、フォトリソグラフィー方法に関し、より詳細には、被露光パターンに従い第一の感光性材料上に形成された第二の感光性材料上にレーザを集光走査させて第二のパターンを直接描画して現像し、該第二のパターンをマスクにして前記第一の感光性材料に対して一括露光し、前記第二の感光性材料を剥離して前記第一の感光性材料を現像してソルダレジストとしての第一のパターンを基板上に形成するパターン形成方法に関する。

プリント配線板は、抵抗やコンデンサ等の電子部品を実装し、その部品間を配線で接続して電子回路を構成する部品である。導体回路パターンのハンダ付けランドに電子部品を搭載するが、そのハンダ付けランドを除く導体回路部分は永久保護膜としてソルダレジストで被覆される。

ソルダレジストは、電子部品をはんだ付けする際不必要な部分にはんだが付着するのを防止するとともに、導体回路部分が空気に直接曝されて酸化してしまうことを防止する。また、ソルダレジストは、電気特性の改善や導体間の絶縁性維持等を担う役割も持つ。

ワークの表面の一部分を所望のパターンで覆い、覆われていない部分だけに次の処理が適用されるようにする材料のことをレジストといい、プリント配線板に使用されるレジストは、感光性を有する光硬化樹脂が主である。それ以外のレジストには、はんだ付け処理用のソルダレジストの他、めっき処理用のめっきレジスト、エッチング処理用のエッチングレジストがある。

プリント配線板、半導体、液晶をはじめとした種々の配線基板にパターンを形成するために、従来は、感光性の液状レジストやドライフィルムレジストを基板上に成膜した後、フォトマスクを介して露光を行ってきた。

配線基板の製造においては、高精度の配線を低価格でかつ短納期で提供できることが期待されているが、基板の種類によっては多品種少量生産及び多品種変量生産の場合が多く、その都度、マスクを製作することはコストの上昇及び納期の遅延を招いていた。このため、多品種変量、高精度、低コストを全て同時に実現できるマスクレス露光の要求が強く求められている。

このようなマスクレス直接描画露光技術はフォトマスクの製造が不要であるため、マスク製造設備費、材料費を大幅に節約できるばかりでなく、マスク製造にかかる時間（リードタイム）を短縮してプリント配線基板を製造することができる。さらに、マスクレス直接描画露光技術は基板の歪みや撓み量を検出して位置補正しながら露光できるので、高精度な位置合わせが可能という特徴を持つ。

マスクレス露光を行う第１の方法としては、出力の大きなレーザ光とポリゴンミラーを用いてレーザ光を走査させて基板にパターンを直接描画する方法がある。この方法は、比較的ラフなパターンを大面積に描画することを得意とし、シンプルでかつ安価な装置で構成することができる。

マスクレス露光を行う第２の方法としては、特許文献１（特開平１１−３２０９６８号公報）に記載されているように、液晶やＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）等の２次元空間光変調素子を用いて２次元パターンを発生させ、このパターンを投影レンズで基板上に直接描画する方法がある。この方法によれば微細なパターン描画を行うことが可能である。このような２次元光変調の特徴である２次元描画においては、光強度を増大すれば更に描画速度を向上させることが可能であり、特許文献２（特開２００２−１８２１５７号公報）および特許文献３（特開２００４−１５７２１９号公報）に光強度増大光学系が提案されている。

しかし上記第１の方法は、大面積を高精細に描画することが難しく、スループットを短縮しようとすると大出力のレーザ光が必要となり、装置が高価になってランニングコストが高くなる。

また上記第２の方法で使用される２次元光変調素子の耐久性や寿命は、入射光の強度だけではなくその波長にも依存する。従って、マスクレス露光技術に適用される光強度領域では、入射波長が短い紫外光領域（４００ｎｍ未満）ほど光変調素子の誤動作や欠陥の発生率が増大し、あるいは致命故障発生までの寿命が低下する傾向がある。そのため２次元光変調素子へ紫外光を入射させる場合には露光時間の長時間化と引き換えにその光強度を制限するか、あるいは紫外光よりも長波長である可視光（４００〜８００ｎｍ）乃至赤外光（８００ｎｍ超）を入射させる必要がある。

一方、従来のマスクを用いる露光装置において用いられる光源である水銀ランプは、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）に強い波長スペクトル分布を持っている。液状レジストの露光に多用されるメタルハライドランプも、ｉ線近傍の光を効率よく放射する仕様が主である。配線形成のための露光技術に使用される感光性材料は、量産性及び作業性の観点から、照射される光の波長が短くなるほど高感度となり、可視光領域で低感度となるように組成設計されている。一般に、水銀輝線であるｉ線で露光した場合には良好なパターニングが可能である。

マスクレス露光を行う場合、光源として水銀ランプを用いることは不可能ではないが、水銀ランプから高効率で指向性の高い露光照明光を得ることは困難である。

つまり、マスクレス露光の光変調光学系に対しては短波長の紫外光よりも長波長の可視光が適している。この問題のため、露光の高スループット化と高精細化との両立が困難であった。

マスクレス露光における露光スループットを向上させるために、可視光光源のマスクレス露光装置に適したレジストが開発されている。これらのレジストは可視光乃至赤外光領域に感光域を有し、マスクレス露光を行った場合にも良好な露光スループットを維持することが可能である。しかし、これら可視光光源を有するマスクレス露光専用のレジストは、通常の紫外光に感光するレジストの場合に使用するイエロールームを使用できないために暗室又はレッドルームが必要になる外、量産現場において基板製造条件の変更が必要である上、紫外光に感光域を有する汎用材料に比べてその材料価格が高価であり、ランニングコストが高くなる。

上記可視光光源専用に開発されたレジスト以外にも、可視光領域に感光域を有する感光性材料がある。例えば特許文献４（特開２００７−２４２３７１号公報）や特許文献５（特開２００４−２２１５６４号公報）に開示されているような、ハロゲン化銀乳剤層を含有する銀塩写真感光性材料（以下、ハロゲン化銀材という。）は、可視光光源のマスクレス露光装置であっても低露光量で均一なパターン露光が可能である。しかしこの感光性材料は、電磁波シールド材、タッチパネル用途の導電性材料であるため、プリント配線板用の絶縁材であるソルダレジストとしては使用することができない。

また、半導体レーザを光源に用いたマスクレス直接描画露光装置に対し、ソルダレジストの感度は、めっきレジストおよびエッチングレジスト等の他の感光性材料に比較してとりわけ低く、露光スループットが顕著に低い。

電子部品の小型化、高密度化にともない、はんだ付けする部分のパッド寸法やピッチ寸法も年々小さくなり、ソルダレジストの露光工程では、その解像度やパッド間に形成するパターンの位置合わせ精度等が重要となる。そのため、ソルダレジスト露光工程にマスクレス露光を適用することが望まれている。

ソルダレジストの露光工程において十分な硬化が得られないと、露光後の現像工程でソルダレジスト表面が現像液に侵されやすくなり、プリント配線板に必要な性能が得られない場合がある。露光量を増大させてプリント配線板を生産した場合には、露光パターンの精度を著しく低下させるのみならず、生産工程に要する時間が増大し、生産性に影響を与えるといった弊害がある。従って、低露光量でも位置合わせ精度が良く高解像度にパターン形成可能な露光方法が求められている。
特開平１１−３２０９６８号公報特開２００２−１８２１５７号公報特開２００４−１５７２１９号公報特開２００７−２４２３７１号公報特開２００４−２２１５６４号公報

従来技術（特許文献１乃至５）の何れにおいても、マスクレス露光装置の可視光を照射する光源に対して低感度な感光性材料であるソルダレジストを、高スループットに露光してパターンを形成する技術については記載されていない。

そこで、本発明の目的は、マスクレス露光において、低コスト化及び短納期化の要求水準を満足する高精度かつ露光効率の高いパターン形成方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、可視光に対して感度が低く、紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線に対して感度が高い第一の感光性材料を基板上に成膜する成膜工程と、前記第一の感光性材料よりも可視光に対して感度が高い第二の感光性材料を前記第一の感光性材料の上に形成する形成工程と、前記第二の感光性材料に対して前記可視光からなる露光光を照射するマスクレス直接描画露光装置を用いて第二のパターンを描画する第一の露光工程と、該描画された第二の感光性材料を現像液によって処理して第二のパターンを形成する第一の現像工程と、前記第一の感光性材料の上に形成された前記第二の感光性材料に対して前記紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線を一括照射して前記第二のパターンを前記第一の感光性材料に対して転写して第一のパターンを露光する第二の露光工程と、該第二の露光工程で露光された第一の感光性材料から前記第二の感光性材料を除去する剥離工程と、該剥離工程で残された第一の感光性材料を現像液によって処理して前記第一のパターンを形成する第二の現像工程とを有することを特徴とするパターン形成方法である。

また、本発明は、前記パターン形成方法において、前記第一の感光性材料は感光性ソルダレジストで形成され、前記第二の感光性材料はハロゲン化銀層からなる感光性材料層を有することを特徴とする。

即ち、マスクレス直接描画露光装置で用いる可視光の露光光に対して低感度な第一の感光性材料に対して第一のパターンを形成するパターン形成方法において、前記第一の感光性材料上に形成された可視光の露光光に対して高感度な第二の感光性材料へのパターン描画と、前記第一の感光性材料へのエネルギー線の一括露光による光硬化との二段階に分けることにより、このパターン描画にかかる時間を大幅に削減することを特徴とする。

このように、ソルダレジストとして用いられる第一の感光性材料がマスクレス直接描画露光装置で用いられる可視光の露光光に対して低感度であることを改善するために、例えばハロゲン化銀材のような前記可視光の露光光に対して感度が高い第二の感光性材料を前記第一の感光性材料の上に形成すると良いこと見出したことにある。これは、前述したように、前記可視光の露光光に対して感度が高い第二の感光性材料に対してはイエロールームを使用できないために暗室又はレッドルームが必要になり、かつ量産現場において基板製造条件の変更も必要であるために、当業者の着想から外れているものである。

尚、本発明における第二の感光性材料として、例えば特許文献６（特開２００３−７７３５０号公報）に開示されているような波長４５０ｎｍ以上の光に感光性を有しない材料を用いた場合には、イエロールームを使用できる。

前記基板上に前記第一の感光性材料及び前記第二の感光性材料を順次形成するが、第一の感光性材料にはマスクレス直接描画露光装置の光源に対して低感度な感光性材料を、一方、高感度を示す感光性材料を前記第二の感光性材料として選択する。第二の感光性材料は、支持体として非感光性である透明フィルムを備えており、更には、該透明フィルムが離型処理を施した離型処理面を有していることが望ましい。該透明フィルムは、前記第二の感光性材料の可視光に対して感度が高い感光性材料層（以下、高感度感光層という。）を支持すると共に、高感度感光層に対する現像液が第一の感光性材料に接触しないようにするためであり、また、高感度感光層と第一の感光性材料の相互拡散を防ぎ、これによりコンタミネーションを防止し、かつ感光性材料の感度変動を防止する役割を持つ。また、離型処理面は後の工程で第二の感光性材料の剥離を容易にし、剥離する際に生じる第一の感光性材料へのダメージを低減する役割を持つ。第一の感光性材料の性質により、離型処理面は必須ではない。離型処理面、透明フィルム、高感度感光層の順の層構成を持つ第二の感光性材料を、前記第一の感光性材料を成膜した基板上に、離型処理面が第一の感光性材料と接するように７０℃以下で成膜できることが望ましい。これは、第一の感光性材料の熱硬化を防ぐためである。また、該離型処理面及び該透明フィルムは透明（全光線（可視光乃至紫外光）の透過率が９０％以上）であることが望ましい。

マスクレス露光装置の光源に対して、所望の露光パターンとはネガ・ポジが反転したパターンをマスクレス露光装置で直接描画する。第二の感光性材料は高感度であるため、低感度な第一の感光性材料を直接パターン描画するよりも、露光効率を大幅に向上できる。特にソルダレジストの露光に対しては、本発明の効果を大いに期待できる。ソルダレジストは、電子部品を搭載するためのはんだ付け部分を除くプリント配線板のパターン全面を塗布、またはラミネートするものである。従って、ネガ型ソルダレジストを本発明の方法で露光する場合、基板を全面被覆する所望のパターンとは反転したパターンを描画するため、描画面積を縮小でき、マスクレス直接描画露光装置のパターン描画にかかる時間をより一層短縮できる。

第一の感光性材料は、マスクレス露光装置の光源として用いられる可視光の露光光に対して、第二の感光性材料よりも２倍以上感度が低いことが好ましい。この場合の感度とは、感光性材料の硬化度合いを指し示す。マスクレス露光装置で第二の感光性材料を硬化させ、パターン描画させるための最適露光量以上の光照射量によって第一の感光性材料の光硬化が開始することが望ましい。これはマスクレス露光装置でのパターン描画の際に、第一の感光性材料を硬化させないためであり、逆の側面から言えば、マスクレス露光装置の光源として用いられる可視光の露光光に対して非常に感度が低い感光性材料に対してこそ、本発明は好適である。

第二の感光性材料は、パターン露光及び現像処理により透過率変化を起こす特徴を有する必要がある。つまり、成膜後から露光前の時点では、マスクレス露光装置の光源に対して透過率３０%以上７０％以下であり、露光及び現像後は全光線透過率１０%以下となることが必要である。第二の感光性材料そのものの感度は、マスクレス露光装置で描画する前後で変化する透過率の変化量で規定される。第二の感光性材料に対して現像を行い、画定したパターンが該照明光を遮蔽する特徴を有することにより、第二の感光性材料のパターンと第一の感光性材料を同時に全面照射すると、第二の感光性材料がフォトマスクとなり、マスクレス露光装置で直接描画したパターンとネガ・ポジが反転したパターンが第一の感光性材料上に描画される。第二の感光性材料を被加工層である低感度な第一の感光性材料に密着させることにより、回折等の光学的なズレを生じさせることなく露光することが可能であり、また感光性材料の感度低下要因である酸素阻害の影響を排除することも可能である。

第二の感光性材料を剥離した後、低感度な第一の感光性材料に対して現像を行うと、第一の感光性材料上にパターンが形成できる。パターンはマスクレス露光装置で描画しているため、解像性の向上が期待できる。

本発明のパターン形成方法を施すことにより、マスクレス露光装置でのパターン描画において、低コスト化及び短納期化の要求水準を満足する高精度かつ露光効率の高いパターン描画が可能となる。

また、プリント配線板に用いられるソルダレジストの露光工程において、レジストの電気特性を維持したまま、高精度な位置合わせ露光を可能にし、かつパターン描画時間を大幅に短縮できる。

以下、本発明に係るパターン形成方法の実施形態について図面を用いて説明するが、これに限定されるものではない。

まず、本発明に係る実施形態の概要を図１及び図２を用いて説明する。

本発明に係るパターン形成方法は、基板５上に第一の感光性材料３を成膜する工程〔１〕と、離型処理面２ｂを有する透明フィルム２ａに、離型処理面２ｂと反対面に第一の感光性材料３よりも可視光に対して高感度な高感度感光層（ハロゲン化銀乳剤層を含有する銀塩写真感光性材料）１を成膜して第二の感光性材料６を形成する工程〔２〕と、第二の感光性材料６を第一の感光性材料３上にラミネートして高感度感光層１を形成する工程〔３〕と、主波長がｈ線（波長４０５ｎｍ）である青色半導体レーザ７を照射するマスクレス直接描画露光装置（図示せず）で高感度感光層１に対して直接パターンを描画する露光工程〔４〕と、高感度感光層１を現像して描画パターンを形成する工程〔５〕と、高感度感光層１に形成された描画パターン１’、第二の感光性材料６及び第一の感光性材料３に対して同時に一括露光する露光工程〔６〕と、高感度感光層１の描画パターン１’及び第二の感光性材料６を除去する剥離工程〔７〕と、第一の感光性材料３を現像して描画パターン１’を反転した反転パターン（目的とする硬化したソルダレジストパターン）３’を基板５上に形成する工程〔８〕とを有するものである。

なお、図２において、４は基板５上の導体部を示す。７は、露光工程〔４〕において用いられるマスクレス直接描画露光装置の第１の露光光源から出射される可視光の主波長がｈ線（波長４０５nm）である青色半導体レーザを示す。８は、露光工程〔６〕において用いられる第２の照射光源から出射され、全出射エネルギー中１%以上１００%以下の強度で、３５０〜４５０ｎｍの紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線を示す。

マスクレス直接描画露光装置（図示せず）としては、例えば可視光を出射する青色半導体レーザを第１の露光光源とし、出力の大きなレーザ光とポリゴンミラーとを用いてレーザ光を走査させて基板にパターンを直接描画する装置、または液晶やＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）等の２次元空間光変調素子を用いて２次元パターンを発生させ、このパターンを投影レンズで基板上に直接描画する装置等が考えられる。

次に、各工程を詳細に説明する。

本発明で用いられる第一の感光性材料３は、配線基板製造用に使用されるネガ型ｉ線用感光性材料であって、配線基板の製造工程において主として３５０〜４５０ｎｍの紫外光〜近紫外光を照射させて、フォトリソグラフィー加工に用いられる。この感光性材料３は目的、用途別に様々考えられるが、プリント配線基板上のはんだ付けランドを除く導体回路部分を永久保護膜として被覆するソルダレジストは、青色半導体レーザを第１の露光光源として用いるマスクレス露光装置での描画に対してとりわけ露光効率が悪いため、本発明に好適な効果が得られやすい傾向にある。

なお、図３は、本発明に係るパターン形成方法に用いる高感度感光層１及び第一の感光性材料３の主波長がｈ線（波長４０５ｎｍ）の青色半導体レーザ光照射時における硬化挙動（露光量と現像後における感光性材料の膜厚との関係）の一実施例を示す図である。第一の感光性材料３として用いることができる感光性材料は、高感度感光層１が完全に硬化する露光量以上の光照射量によって硬化が開始する材料である。露光工程〔４〕において高感度感光層１のパターン描画時、中間層として設けた透明フィルム２ａ及び離型処理面２ｂを透過して照明光が第一の感光性材料膜３に到達した際に、第一の感光性材料３の感度が高感度感光層１の感度に近接していると、第一の感光性材料３も露光されて硬化してしまう。

本発明では、第一の感光性材料３に対して最終的に形成する所望のパターンに対してネガ・ポジが反転したパターンを露光工程〔４〕において高感度感光層１にマスクレス露光装置で描画するため、高感度露光層１を露光した時に、第一の感光性材料３も同様に硬化してしまっては所望のパターンが得られない可能性が生じる。従って、露光工程〔４〕において、第一の感光性材料３の硬化が開始する点の露光量が、高感度感光層１の硬化が終了する点での露光量よりも大きいことが必要であり、高感度感光層１と第一の感光性材料３では、マスクレス露光装置でのパターン描画前には、マスクレス露光装置の第１の露光光源から出射される露光波長（主波長がｈ線である）に対してその感度が２倍以上の差があることが望ましく、その差が大きいほど、本発明には好適である。

本発明で用いられる第一の感光性材料３の形態は、ドライフィルム状でも、液状でも構わず、いずれの場合においても、配線基板等の被露光物の表面に所定の方法によって適宜成膜できれば良い。工程〔１〕において基板上に第一の感光性材料３を成膜する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば第一の感光性材料３がフィルム状であれば、ラミネート法、真空ラミネート法等であり、第一の感光性材料３が液状であれば、スプレーコート法、ロールコート法、回転塗布法等が挙げられる。本発明に好適な第一の感光性材料３の成膜後の膜厚は、２マイクロメータ〜１００マイクロメータの範囲であり、最小加工寸法は１マイクロメータ程度である。ここで用いる感光性材料３には、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂等を主成分とする感光性材料が好適である。被露光物の構造や用途によっては、ここに例示した以外の感光性材料の組成でも使用できることは言うまでもない。

工程〔２〕において第二の感光性材料６を形成するため、高感度感光層１を透明フィルム２ａに成膜するが、この方法は特に限定されるものではなく、例えば高感度感光層１がフィルム状であれば、ラミネート法、真空ラミネート法等であり、高感度感光層１が液状であれば、スプレーコート法、ロールコート法、回転塗布法等が挙げられる。透明フィルム２ａとしては、ポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン等の重合体フィルム等を用いることができる。高感度感光層１としては、露光工程〔４〕において、例えば、青色半導体レーザを第１の露光光源とするマスクレス露光装置で直接描画するならば、成膜後はｈ線（波長４０５ｎｍ）の照射７に対して高感度であり、なおかつ、露光、現像後には全光線を遮蔽するように光透過率変化を起こしてマクスパターン１’を定着させる必要がある。また第一の感光性材料３がネガ型であれば、その種類を問わず、高感度感光層１にネガ型及びポジ型のいずれの反応型も適用することができる。ネガ型感光性材料は光が照射された部分が硬化し、非照射部分が現像により溶解するのに対し、ポジ型感光性材料は光が照射された部分が現像により溶解し、非照射部分が硬化する。高感度感光層１がいずれの反応型でも、第一の感光性材料３に形成する目的とする所望のパターン３’に対して反転したマスクパターン１’を露光工程〔４〕においてマスクレス露光装置で描画する。

なお、第一の感光性材料３に透明フィルム２ａを成膜し、その上に高感度感光層１をさらに成膜する手法もある。しかし、第二の感光性材料６を別途作成し、これを第一の感光性材料３に成膜する方が第一の感光性材料３へのダメージを低減できるため好ましい。第一の感光性材料３の物性によってはこれらに限定されるものではない。

工程〔３〕において、第一の感光性材料膜３上に積層膜６を成膜する方法としては、特に限定されるものではなく、ラミネート法、真空ラミネート法等を挙げることができる。さらに第一の感光性材料３が熱硬化することを防ぐために、成膜時の温度が７０℃以下であることが好ましいが、第一の感光性材料３の物性によってはこれに限定されるものではない。

露光工程〔４〕において高感度感光層１をマスクレス露光装置で直接パターンを描画する。その後、工程〔５〕において高感度感光層１に対応した現像液を用いて高感度感光層１の未露光部を溶解させることにより、描画マスクパターン１’を得る。この際、現像液が第一の感光性材料３に接することのないように透明フィルム２ａと第一の感光性材料３が密着していなければならない。現像液の種類は高感度感光層１に用いる感光性材料の種類に応じて適したものを用いればよい。

露光工程〔６〕において用いられる第２の照射光源は、全出射エネルギー中１%以上１００%以下の強度で、３５０〜４５０ｎｍの紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線８を照射できる光源であり、具体的には、メタルハライドランプ、低乃至超高圧水銀灯、キセノンランプ、ハロゲンランプ等の放電ランプや半導体レーザ光源等が好ましい。特に照射エネルギーの制御が容易な半導体レーザや、安価でかつ保守が簡便なメタルハライドランプが好適であり、大面積を均一に照射できる光源であればよい。さらに、使用目的や感光性材料に応じて消費電力、照射量の制御性等を鑑みて選択し、また、これらを複数組み合わせて使用することも可能である。

なお、露光工程〔６〕における第２の光照射は位置合わせが不要なため、被露光物が固定されていない状態や移動中に実施することができる。具体的には、被露光物を搬送する工程で照射すれば良く、このため第２の照射にかかる露光時間はスループットに影響を与えるものではない。

露光工程〔６〕において描画パターン１’をマスクにして第一の感光性材料３を全面一括照射により硬化させた後、剥離工程〔７〕において離型処理面２ｂ、透明フィルム２ａ、及び描画パターン１’を剥離する。剥離する方法としては特に限定されるものではない。そして、工程〔８〕において、第一の感光性材料３に対応した現像液を用いて例えば第一の感光性材料３の未露光部を溶解させることにより、反転パターン３’を基板５上に得る。必要に応じて熱硬化及び後加熱等の処理を行い、目的とする所望のパターン３’の硬化を促進させる。

尚、上記説明においては、第二の感光性材料６として高感度感光層１、透明フィルム２ａ、及び離型処理面２ｂの３層からなる構成を用いたが、第二の感光性材料として高感度感光層１のみを直接第一の感光性材料の上に形成し、描画し、除去することでも良いことはもちろんのことである。

次に、本発明に係る実施例を説明する。第一の感光性材料３としてのアルカリ溶解型のネガ型液状感光性ソルダレジスト（日立化成工業株式会社製SR７２００G）を、厚み０．５ｍｍの両面銅張積層板５に、膜厚２５マイクロメータ程度になるように塗布し、被露光物を作成した。また、沃化銀を5モル％含む沃臭化銀粒子（平均粒子サイズは、球相当径で１μｍ以下）をゼラチン溶液との体積比が０．６になるように含有させた高感度感光層１を、銀の付着量が０．３モル／ｍ２となるように厚み１００マイクロメータのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム２ａに塗布して第二の感光性材料６を形成した。この第二の感光性材料６を上記ソルダレジスト層上に５０℃でラミネートした。

露光工程〔４〕において主波長がｈ線（波長４０５ｎｍ）である青色半導体レーザ７を第１の光源に持つマスクレス露光装置で上記高感度感光層１を露光量１０、２０、３０ｍJ／ｃｍ２でパターン描画した。なお本実施例では、株式会社オーク製作所製紫外線光量計UV−M０３Aによって計測した露光量の値を用いる。そして、工程〔５〕においてアルカリ溶液で現像し、酸溶液でパターンを定着させた後、露光工程〔６〕において上記ソルダレジスト膜と上記高感度感光層１のパターン形成部を同時に面内均一に光照射した。本実施例では、該ソルダレジスト層の硬化に対して、３５０〜４５０ｎｍの紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線８を照射する半導体レーザ光源を用いて露光量８００ｍJ／ｃｍ２を全面一括照射した。そして、剥離工程〔７〕において該高感度感光層１のパターン部とＰＥＴフィルムをソルダレジスト層から剥離し、工程〔８〕において１重量％、３０℃の炭酸ナトリウム水溶液で現像を施すと、マスクレス露光装置で描画したパターンに対してネガ・ポジが逆転したパターン３’を得ることができた。

該ソルダレジスト層に形成されたビア開口パターンの外観観察を行った。結果を表１に示す。ここで、実施例１〜３はマスクレス露光装置による主波長がｈ線のレーザ光の露光量のみを変化させたものであり、また、比較例１〜３は高感度感光層１を設けず直接ソルダレジスト層にマスクレス露光装置でビアパターンを、主波長がｈ線のレーザ光の露光量を変化させて描画した場合を示す。描画パターン径のデータ寸とは、マスクレス露光装置に格納したテストパターンデータにおけるビア開口のデータサイズのことをいう。本実施例１〜３及び比較例１〜３では、φ７０μｍのパターンデータを露光した場合の、ソルダレジスト層に実際に開口したビア開口径を調べた。

実施例１に示すように露光量が１０ｍＪ／ｃｍ２では露光不足で開口径実寸が若干小さかった。これは、この程度の露光量では高感度感光層１はパターン描画されても、ソルダレジスト層のパターン形成には銀の析出量が不足していることを示す。しかし、実施例２のように露光量が２０ｍＪ／ｃｍ２では十分な開口径実寸を、しかも無欠陥（ビア形状の場合真円に近いもの）で得られた。露光量が３０ｍＪ／ｃｍ２の場合も良好なパターン形状を示した（実施例３）が、４０ｍＪ／ｃｍ２以上になると、過露光のために高感度感光層１自体のパターン描画が不可能であった。従って、開口実寸だけを見ると２０ｍＪ／ｃｍ２の露光量が最適であるが、ハロゲン化銀材の硬化度合い（現像液耐性、残膜厚等）に対しては、露光量が多い方が有利であることを考慮すると、露光量２０〜３０ｍＪ／ｃｍ２の範囲が好適である。即ち、マスクレス露光装置による露光量を例えば２０〜３０ｍＪ／ｃｍ２の範囲になるように制御することに特徴がある。

一方、比較例で示すようにハロゲン化銀層を用いずに主波長がｈ線のレーザ光を照射するマスクレス露光装置のみで該ソルダレジストを露光した場合、該ソルダレジスト層は主波長のｈ線に対して感度が低いため、比較例１に示す露光量３０ｍＪ／ｃｍ２ではソルダレジストが全く硬化せず、現像工程で全て溶解してしまった。また、比較例２のように５００ｍＪ／ｃｍ２まで露光量を増加すると、ソルダレジストは硬化するようになり、パターン径のデータ寸が５００μｍのように大きなビア形状の場合には開口したが、データ寸７０μｍのような小さなビア形状の場合には、露光量不足のために現像で形状が崩れてしまい、目的とする所望のパターン形状を維持することはできなかった。また、高感度感光層１が有る場合と同等の開口径実寸を無欠陥で得るためには、上記ソルダレジスト層は主波長のｈ線に対して感度が低いため、比較例３からわかるように、８００ｍＪ／ｃｍ２もの露光量が必要であった。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、マスクレス露光装置によるパターン描画にかかる主波長がｈ線の青色半導体レーザの露光量を２０〜３０ｍＪ／ｃｍ２に削減することができ、また、マスクレス露光装置での描画パターンを予めネガ・ポジに反転させておくことにより、所望のパターンを得ることができる。また、本発明の実施の形態によれば、マスクレス露光装置による高感度感光層１に対するパターン描画にかかる時間を、直接ソルダレジスト層に描画するのに比べて１／１５〜１／１０に短縮することが可能である。

別の形態の実施例を説明する。第一の感光性材料３としてアルカリ溶解型のネガ型液状感光性ソルダレジスト（太陽インキ製造株式会社製PSR−４０００ AUS３００）を、厚み０．８ｍｍの両面銅張積層板５（日立化成工業株式会社製MCL−E−６７）に、膜厚２５マイクロメータ程度になるように塗布し、被露光物を作成した。また、厚み１００マイクロメータのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム２ａに、高感度感光層１としてハロゲン化銀を含むゼラチン溶液が塗布された第二の感光性材料６（コニカミノルタエムジー株式会社製 CUHE−１００E）を、上記ソルダレジスト層上に５０℃でラミネートした。

露光工程〔４〕において主波長がｈ線（波長４０５ｎｍ）である青色半導体レーザ７を第１の光源に持つマスクレス露光装置で上記高感度感光層１を露光量２０、３０、４０ｍJ／ｃｍ２でパターン描画した。なお本実施例では、株式会社オーク製作所製紫外線光量計UV−M０３Aによって計測した露光量の値を用いる。そして、工程〔５〕においてアルカリ溶液（コニカミノルタエムジー株式会社製 CDM−６８１）で現像し、酸溶液（コニカミノルタエムジー株式会社製 CFL−８８１）でパターンを定着させた。その後、露光工程〔６〕において上記ソルダレジスト膜と上記高感度感光層１のパターン形成部を同時に面内均一に光照射した。本実施例では、該ソルダレジスト層の硬化に対して、３５０〜４５０ｎｍの紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線８を照射する超高圧UV（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）ランプ（ウシオ電機株式会社製ＵＳＨ−５００Ｄ）を用いて露光量５００ｍJ／ｃｍ２を全面一括照射した。そして、剥離工程〔７〕において該高感度感光層１のパターン部とＰＥＴフィルムをソルダレジスト層から剥離し、工程〔８〕において１重量％、３０℃の炭酸ナトリウム水溶液で現像を施すと、マスクレス露光装置で描画したパターンに対してネガ・ポジが逆転したパターン３’を得ることができた。

該ソルダレジスト層に形成されたビア開口パターンの外観観察を行った。結果を表２に示す。ここで、実施例４〜６はマスクレス露光装置による主波長がｈ線のレーザ光の露光量のみを変化させたものであり、また、比較例４〜７は高感度感光層１を設けず直接ソルダレジスト層にマスクレス露光装置でビアパターンを、主波長がｈ線のレーザ光の露光量を変化させて描画した場合を示す。描画パターン径のデータ寸とは、マスクレス露光装置に格納したテストパターンデータにおけるビア開口のデータサイズのことをいう。本実施例４〜６及び比較例４〜７では、φ１５０μｍのパターンデータを露光した場合の、ソルダレジスト層に実際に開口したビア開口径を調べた。

実施例４に示すように露光量が２０ｍＪ／ｃｍ２では露光不足で開口径実寸が若干小さかった。これは、この程度の露光量では高感度感光層１はパターン描画されても、ソルダレジスト層のパターン形成には銀の析出量が不足していることを示す。しかし、実施例５のように露光量が３０ｍＪ／ｃｍ２では十分な開口径実寸を、しかも無欠陥（ビア形状の場合真円に近いもの）で得られた。露光量が４０ｍＪ／ｃｍ２の場合も良好なパターン形状を示した（実施例６）が、５０ｍＪ／ｃｍ２以上になると、過露光のために高感度感光層１の開口径が大きくなり、それに伴いソルダレジスト層の開口径も大きくなった。従って、開口実寸だけを見ると３０ｍＪ／ｃｍ２の露光量が最適であるが、高感度感光層１の硬化度合い（現像液耐性、残膜厚等）に対しては、露光量が多い方が有利であることを考慮すると、露光量３０〜４０ｍＪ／ｃｍ２の範囲が好適である。即ち、マスクレス露光装置による露光量を例えば３０〜４０ｍＪ／ｃｍ２の範囲になるように制御することに特徴がある。

一方、比較例４〜７で示すように高感度感光層１を用いずに主波長がｈ線のレーザ光を照射するマスクレス露光装置のみで該ソルダレジストを露光した場合、該ソルダレジスト層は主波長のｈ線に対して感度が低いため、比較例４に示す露光量３０ｍＪ／ｃｍ２ではソルダレジストが全く硬化せず、現像工程で全て溶解してしまった。また、比較例５のように１０００ｍＪ／ｃｍ２まで露光量を増加すると、ソルダレジストは硬化するようになり、パターン径のデータ寸が５００μｍのように大きなビア形状の場合には開口したが、データ寸１５０μｍのような小さなビア形状の場合には、露光量不足のために現像で形状が崩れてしまい、目的とする所望のパターン形状を維持することはできなかった。比較例６に示す通り、１５００ｍＪ／ｃｍ２もの露光量を照射すると、データ寸１５０μｍのビア形状を開口することはできたが、高感度感光層１が有る場合と同等の開口径実寸を無欠陥で得ることはできなかった。比較例７のようにさらに露光量を増大すると、過露光のために開口径が小さくなった。高感度感光層１が無い場合は露光量１５００ｍＪ／ｃｍ２で最も開口径が大きくなり、これは実施例１での開口径とほぼ同一値である。即ち、高感度感光層１を用いて露光することにより、ソルダレジスト層の解像性が向上する特徴がある。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、マスクレス露光装置によるパターン描画にかかる主波長がｈ線の青色半導体レーザの露光量を３０〜４０ｍＪ／ｃｍ２に削減することができ、また、マスクレス露光装置での描画パターンを予めネガ・ポジに反転させておくことにより、所望のパターンを得ることができる。また、本発明の実施の形態によれば、マスクレス露光装置による高感度感光層１に対するパターン描画にかかる時間を、直接ソルダレジスト層に描画するのに比べて１／２０に短縮することが可能である。

本発明に係るパターン形成方法の一実施形態を示す工程図である。〔１〕〜〔８〕は、図１に示す工程〔１〕〜〔８〕順の概略断面を示す図である。本発明に係るパターン形成方法に用いる高感度感光層及び第一の感光性材料の主波長がｈ線の青色半導体レーザ光照射時の硬化挙動を示す図である。本発明に係るパターン形成方法の一実施形態を示す工程図である。

符号の説明

１高感度感光層
１’ 感光部、１硬化後の描画パターン
２ａ透明フィルム
２ｂ離型処理面
３第一の感光性材料
３’ 感光部、３硬化後の反転パターン
４導体部
５基板
６第二の感光性材料
７ｈ線半導体レーザ光源
８ランプ光源

Claims

可視光に対して感度が低く、紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線に対して感度が高い第一の感光性材料を基板上に成膜する成膜工程と、
前記第一の感光性材料よりも可視光に対して感度が高い第二の感光性材料を前記第一の感光性材料の上に形成する形成工程と、
前記第二の感光性材料に対して前記可視光からなる露光光を照射するマスクレス直接描画露光装置を用いて第二のパターンを描画する第一の露光工程と、
該描画された第二の感光性材料を現像液によって処理して第二のパターンを形成する第一の現像工程と、
前記第一の感光性材料の上に形成された前記第二の感光性材料に対して前記紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線を一括照射して前記第二のパターンを前記第一の感光性材料に対して転写して第一のパターンを露光する第二の露光工程と、
該第二の露光工程で露光された第一の感光性材料から前記第二の感光性材料を除去する剥離工程と、
該剥離工程で残された第一の感光性材料を現像液によって処理して前記第一のパターンを形成する第二の現像工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法において、
前記第一の感光性材料は感光性ソルダレジストで形成され、前記第二の感光性材料はハロゲン化銀層からなる感光性材料層を有することを特徴とするパターン形成方法。
前記第二の露光工程において、前記紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線を前記第一の感光性材料の上に形成された前記第二の感光性材料に対して面内均一に照射することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
前記第一の感光性材料の反応型がネガ型であり、かつ前記第二の感光性材料の反応型がネガ型であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
前記第一の感光性材料の反応型がネガ型であり、かつ前記第二の感光性材料の反応型がポジ型であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
前記第二の感光性材料は、支持体に成膜した可視光に対して感度が高い感光性材料層と反対面に離型処理が施された離型処理面とを有した積層構成であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
前記離型処理面が前記第一の感光性材料を形成した前記基板に対して７０℃以下で成膜できることを特徴とする請求項５記載のパターン形成方法。
前記支持体及び前記離型処理面は非感光性であり、かつ透明な材料で形成されていることを特徴とする請求項５記載のパターン形成方法。
前記第二の露光工程において、前記紫外光若しくは近紫外光を含有するエネルギー線を一括照射する際、前記第一の現像工程において前記第二の感光性材料に形成された第二のパターンはマスクパターンの役目を果たすことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
前記第一の露光工程において、前記第二の感光性材料に対して第二のパターンを描画する際、前記第一の感光性材料が感光して硬化を開始しない前記可視光からなる露光光の前記第二の感光性材料に対する照射量を制御することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。