KR101216753B1 - 노광 장치 및 노광 방법 및 배선 기판의 제조 방법 - Google Patents

노광 장치 및 노광 방법 및 배선 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광원으로부터 출사된 광속을 피노광 패턴에 따라 변조하고, 포토마스크를 사용하지 않고 직접 묘화 노광하는 노광 장치에 있어서, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판을 적재하여 주행하는 스테이지와, 파장 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원과, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하고, 상기 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지층 상에 패턴을 결상시키기 위한 제1 조사 광학계와, 파장 450 ㎚ 내지 25000 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원과, 적어도 상기 제1 조사 광학계에서 노광 묘화된 제1 조사 영역을 포함하도록 설정된 제2 조사 영역에 상기 제2 광원으로부터 출사된 광속을 도광하는 제2 조사 광학계를 구비한 마스크리스 노광 장치 및 그 방법 및 배선 기판의 제조 방법이다.
Figure R1020060016994
제1 광원, 제2 광원, 차광 슬릿, 결상 광학계, 빔 주사 광학계

Description

노광 장치 및 노광 방법 및 배선 기판의 제조 방법 {EXPOSURE APPARATUS AND EXPOSURE METHOD, AND METHOD FOR PRODUCING PRINTED CIRCUIT BOARD}
도1은 본 발명에 관한 노광 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 개략 구성도.
도2는 본 발명에 관한 노광 장치를 이용한 패턴 묘화예의 요약을 나타내는 도면.
도3은 본 발명에 관한 노광 장치를 이용한 다른 패턴 묘화예의 요약을 나타내는 도면.
도4는 감광성 수지의 전형적인 감광 감도 특성의 일예를 나타내는 도면.
도5는 본 발명에 관한 노광기에 사용하는 제2 광원의 분광 방사 특성의 일예를 나타내는 도면.
도6은 본 발명에 관한 노광 장치에 의한 피노광물의 수광 강도 상태의 일예를 나타내는 개념도.
도7은 본 발명에 관한 노광 장치에 의한 피노광물의 수광 강도 상태의 다른 일예를 나타내는 개념도.
도8a, 도8b 및 도8c는 본 발명에 관한 노광 장치에 의한 피노광물의 수광 강도 상태의 또 다른 일예를 나타내는 개념도.
도9는 본 발명에 관한 노광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 개략 구성도.
도10은 본 발명에 관한 노광 장치의 또 다른 실시 형태를 나타내는 개략 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제1 광원
2 : 제2 광원
3 : 차광 슬릿
4 : 합파 광학계
5 : 변조 광학 요소
6 : 빔 주사 광학계
7 : 결상 광학계
8 : 빔 성형 광학계
9 : 변조 제어부
10 : 피노광 기판
10a : 감광성 수지층
11 : 적재대(스테이지)
13 : 스테이지 컨트롤러
15 : 합파 광속
16 : 합파 광조사 광학계
17 : 합파 광도파 광학계
18 : 합파 광변조 광학계
19 : 합파 광결상 광학계
20 : 변조광 합파 광학계
21 : 변조파 합파 광속
30 : 주 제어부
31 : 기억 장치
32 : 데이터 표시 수단
33 : 데이터 입력 수단
35 : 생산 계획 및 관리 시스템
38 : CAD 시스템
39 : 네트 워크
50 : 제1 조사 광학계
52 : 제1 도광 광학계
53 : 제1 변조 광학계
54 : 제1 변조광
55 : 제1 광원으로부터 출사된 광속
56 : 폴리곤 미러
57 : f-θ 렌즈
58 : 음향 광학 소자
60 : 제2 조사 광학계
61 : 필터
62 : 제2 도광 광학계
63 : 제2 변조 광학계
64 : 제2 변조광
65 : 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속
[문헌 1] 일본 특허 공개 2004-85728호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공개 소62-21220호 공보
[문헌 3] 일본 특허 공개 2004-157219호 공보
[문헌 4] 일본 특허 공개 2004-39871호 공보
[문헌 5] 일본 특허 공개 2004-71624호 공보
[문헌 6] 일본 특허 공개 2002-296402호 공보
본원 발명은 마스크를 거치지 않고[마스크리스(maskless)] 감광성 수지 상으로 패턴을 직접 묘화 노광하는 노광 장치 및 노광 방법 및 상기 노광 방법을 이용하여 배선 기판을 제조하는 배선 기판 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 프린트 배선 기판의 다품종 소량 생산화가 진행되어 저비용화 및 고처리량화의 요구가 높아지고 있다.
종래 기술에 있어서의 프린트 배선판 등의 패턴 형성에서는 레지스트라 불리 는 다양한 종류의 감광성 수지가 각 공정에서 이용되고 있다. 구체적으로는, 감광성의 액상 레지스트나 드라이 필름 레지스트를 기판 상에 성막한 후, 포토마스크를 거쳐서 노광을 행하고, 현상 공정을 경유하여 에칭 가공 및 도금 처리 등을 행함으로써 패턴을 형성해 왔다.
이것 대신에, 1990년대에 아르곤 이온 레이저 등의 가스 레이저를 광원으로 하는 가시광에 의한 마스크리스 직접 노광 기술이 도입되었다. 이 방법은 포토마스크의 제조가 불필요하기 때문에 마스크 제조 설비비 및 재료비를 대폭으로 절약할 수 있고, 또한 고정밀도 노광이 가능하다는 특징이 있어 프린트 배선 기판 및 반도체 패키지 등의 제조 공정을 혁신하는 기술로 생각되고 있다.
마스크리스 직접 노광 기술에 있어서, 가스 레이저의 보수성을 개선하는 목적으로, 프로세스 가스를 공급할 필요가 없는 반도체 레이저 다이오드를 광원으로서 이용하는 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 2004-85728호 공보(특허 문헌 1)에는, 적외 흡수 색소를 함유하는 특정 조성의 감광성 수지에 파장 750 ㎚ 내지 1200 ㎚의 레이저광을 직접 노광하는 방법이 기술되어 있다.
한편, 조사 방법의 개선안으로서는, 레이저광을 폴리곤 미러로 반사시켜 레지스트 상을 주사하는 방법 대신에 범용성이 높은 광학계로서 DMD(Digital Micro mirror Device)에 의한 직접 노광 방법이 주목받고 있다. DMD는 마이크로 기계 기술에 의해 반도체 칩 상에 집적화한 반사 미러 어레이로 이루어지는 공간 광변조 장치이다. 각 반사 미러는 디지털 정보에 따라서 고속으로 동작한다. DMD는 마이크로 렌즈 어레이나 회절 격자 등의 광학계와 조합하여 DMD 엔진으로서 사용된다. 예를 들어, 일본 특허 공개 소62-21220호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 공개 2004-157219호 공보(특허 문헌 3), 일본 특허 공개 2004-39871호 공보(특허 문헌 4) 등에 DMD를 이용한 마스크리스 노광 방법의 기술이 있다.
한편, 노광 종료 후, 또한 현상 전에 기판을 가열하여 레지스트를 고감도화시키는 기술은 널리 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 2004-71624호 공보(특허 문헌 5)에는 감광 재료가 도포된 기판에 포토마스크를 거쳐서 광을 조사하여 노광을 행하기 위한 노광 유닛과, 상기 기판을 노광 종료 후, 또한 현상 전에 가열 처리를 실시하기 위한 베이킹 유닛을 갖는 노광 장치가 기재되어 있고, 일본 특허 공개 2002-296402호 공보(특허 문헌 6)에는 가열 처리를 위해 적외선 램프를 사용해도 좋다는 기재가 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2004-85728호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 소62-21220호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 2004-157219호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허 공개 2004-39871호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허 공개 2004-71624호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허 공개 2002-296402호 공보
상기 종래 기술을 조사한 바, 최근 저비용화, 제품 단납기화 및 제조 프로세스 안정화(고품질화)의 요구 수준을 비추어 보면 개선이 더 필요하고, 범용으로 사용되는 감광성 수지의 재료 가격이나 입수 용이성 및 감광 특성 등을 비추어 보면, 상기 종래 기술에 있어서 패턴 묘화 노광에 사용되고 있는 변조광의 파장이나 강도의 점에서 개선의 여지가 더 있는 것을 알 수 있었다.
배선 기판의 양산 공장에서 범용적으로 사용되는 감광성 수지의 감광 파장은 양산 작업성을 고려한 설계로 되어 있고, 가시광(400 ㎚ 내지 800 ㎚)의 범위에서는 감도가 낮아지는 조성으로 배합되어 있다. 참고로, 범용으로 사용되는 감광성 수지의 전형적인 감광 감도의 예를 도4에 나타낸다. 또한, 적외광은 광량자의 에너지가 낮고, 또한 전자 천이의 양자 수율이 낮기 때문에 감광 반응이 효율적으로 일어나지 않고, 당연히 자외광 조사의 경우에 비해 감광 반응 속도는 느리다. 따라서, 적외 레이저를 사용하는 특허 문헌 1에 있어서는, 감광 재료가 원하는 경화도에 도달하기까지 필요한 조사 시간이 길어지거나, 혹은 적외 흡수성 색소를 함유시킨 특수 감광 재료를 사용하거나, 고출력인 고가의 레이저원을 사용하거나 하는 것은 피할 수 없어 단시간 또한 저비용 및 고품질의 노광을 실현한다는 목적에 충분히 따르지 않는다.
한편, 특허 문헌 2 내지 4에 사용되는 DMD 디바이스는 자외광 내성 수명이 충분하다고는 할 수 없고, 레지스트의 감도가 상대적으로 낮은 가시광 파장 영역(400 ㎚ 초과)에서만 사용할 수밖에 없고, 이 경우에도 감광 재료가 원하는 경화도에 도달하기까지 필요한 조사 시간이 길어지거나, 혹은 고휘도 광원을 사용할 수밖에 없어 단시간 노광 및 저비용이라는 목적에는 합치하지 않는다. 그 결과로서, 최근의 점점 높아지는 단납기 요구에 따르는 것이 곤란해지고 있다.
특허 문헌 3에서는 노광 처리량을 증대시키기 위해 광원의 휘도를 증대시키 는 기술을 기재하고 있지만, 상반칙 불궤(reciprocity failure)라 불리는 노광 및 감광 반응 특유의 현상으로 인해 광원의 휘도를 2배화해도 반응 속도는 2배로는 되지 않고, 따라서 광원 비용 증가에 맞는 처리량 증대를 얻는 것은 반드시 용이하지는 않다.
한편, 노광 종료 후의 기판 가열에 의해 레지스트를 고감도화시켜 처리량을 증대시키는 특허 문헌 5나 특허 문헌 6의 기술은, 빔 주사하여 노광하는 마스크리스 직접 노광 기술과 조합하는 것은 반드시 용이하지는 않다. 특허 문헌 5의「해결하고자 하는 과제」에는 노광으로부터 가열까지의 시간 제어가 프로세스 안정화에 효과가 있다는 기재가 있고, 프로세스의 불안정성이 이 기술의 실용 양산상의 현실 과제인 것을 시사하고 있다.
빔 주사하여 패턴을 묘화 노광하는 노광 기술에 있어서는, 기판의 한쪽의 단부에서 빔 주사 노광을 개시한 후 기판 타단부에서 빔 주사 노광을 종료하기까지 어느 정도의 시간이 걸린다. 그 결과로서, 노광이 종료되어 노광 장치로부터 기판이 취출된 후에 즉시 다음 공정에 착수하면 기판의 면 내에서 노광으로부터 다음 공정까지의 시간을 일정하게 유지하는 것이 어렵다. 따라서, 노광 종료 후에 기판 가열하는 공정을 삽입하는 경우에는 노광으로부터 가열까지의 시간을 제어하는 것이 어려워지고, 노광 프로세스가 불안정화를 초래하여 수율이 악화될 위험성이 높아진다. 노광 종료 후에 잠시 정치한 후 기판 가열을 하는 공정으로 하면 프로세스의 불안정화는 피할 수 있지만, 노광 처리량이 희생된다는 문제가 있다.
지금까지 설명해 온 바와 같이, 마스크를 사용하지 않고 주사 노광시키는 주 사 노광법에 있어서 노광 처리량을 증대시키기 위해 지금까지 알려져 있는 기술은 ① 레지스트의 고감도화, ② 빔 휘도의 증대, ③ 노광 후 가열 중 어느 하나이다. 그러나, 상술한 바와 같이 ① 레지스트 고감도화되면 양산 작업성의 저하라는 문제가 생기고, ② 빔 휘도를 증대하면 비용 대 효과의 점에서는 오히려 악화되고, ③ 노광 후 가열하면 노광 프로세스의 수율이 악화된다는 문제가 생긴다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 원하는 패턴으로 변조된 빔을 주사하여 노광하는, 소위 마스크리스 노광 기술에 있어서 저비용화, 고처리량화 및 제조 프로세스 안정화를 모두 실현하는 노광 장치 및 그 노광 방법 및 배선 기판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 감광성 수지의 광경화 반응을 조사하는 과정에서 자외 내지 근자외광(300 ㎚ 내지 410 ㎚)과 동시에 가시광 내지 적외광을 조사한 경우에는, 자외 내지 근자외광의 단독 조사시에 비해 매우 큰 경도를 얻기 쉽고, 또한 매우 적은 노광량으로 원하는 막 두께를 얻기 쉽다는 현상을 발견하였다. 이는, 바꾸어 말해서 감광성 수지에 자외 내지 근자외광과 동시에 가시광 내지 적외광을 조사함으로써 광반응을 효율적으로 촉진할 수 있는 것을 의미한다. 이 현상을, 하기와 같은 수단으로 마스크리스 노광 기술에 응용하여 본 발명에 이르렀다.
본 발명에서는 광원으로부터 출사된 광속을 피노광 패턴에 따라 변조하고, 포토마스크를 사용하지 않고 직접 묘화 노광하는 노광 장치에 있어서, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판을 적재하여 주행하는 스테이지와, 파장 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원과, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하고, 상기 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지층 상에 패턴을 결상시키기 위한 제1 조사 광학계와, 파장 450 ㎚ 내지 2500 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원과, 적어도 상기 제1 조사 광학계에서 노광 묘화되는 제1 조사 영역을 포함하도록 설정된 제2 조사 영역에 상기 제2 광원으로부터 출사된 광속을 도광하는 제2 조사 광학계를 구비한다.
본 발명에서는 상기 제1 광원으로서 다양한 광원을 사용할 수 있지만, 반도체 레이저로 구성된 광원, 예를 들어 복수의 반도체 레이저를 병렬 배치하여 이루어지는 레이저 어레이를 들 수 있다. 다른 광원으로서는 램프형 광원, 예를 들어 수은등, 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프, 비가시광선 형광등 등이라도 좋다. 이들 광원을 사용하는 경우에, 필터 등으로 출사광의 파장이나 강도를 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 다른 수단으로서, 광원으로부터 출사된 광속을 피노광 패턴에 따라 변조하고, 포토마스크를 거치지 않고 직접 묘화 노광하는 노광 장치에 있어서, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판을 적재하여 주행하는 스테이지와, 파장 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원과, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하고, 상기 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지층 상에 패턴을 결상시키기 위한 제1 조사 광학계와, 파장 2500 ㎚ 내지 25000 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원과, 적어도 상기 제1 조사 광학계에서 노광 묘화되는 제1 조사 영역을 포함하도록 설정된 제2 조사 영역에 상기 제2 광원으로부터 출사된 광속을 도광하는 제2 조사 광학계를 구비한다.
이 수단에 있어서의 제1 광원은 복수의 반도체 레이저 다이오드를 병렬 배치한 레이저 다이오드 어레이가 바람직하다.
본 발명의 노광 장치에서는, 상기한 수단에 있어서의 제1 조사 광학계는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 상기 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 화소마다 변조하여 노광 패턴을 형성하는 2차원 광변조 광학계와, 상기 2차원 광변조 광학계에서 형성된 패턴광을 상기 감광성 수지 상에 결상시키는 결상 광학계를 구비하는 조사 광학계가 바람직하다.
본 발명의 노광 장치에 있어서, 다른 바람직한 조사 광학계는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 주사하는 빔 주사 광학계와, 상기 빔 주사 광학계에서 형성된 패턴광을 상기 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지 상에 결상시키는 결상 광학계를 구비하는 조사 광학계이다.
본 발명의 노광 장치에 있어서는, 제1 광원으로부터 출사된 광속과, 제2 광원으로부터 출사된 광속이 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지층을 실질적으로 동시에 조사하도록 하기 위한 광속 제어 기구가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 광속 제어 기구는 광원에 공급하는 전력을 제어하기 위한 전력 제어 기구, 혹은 조사 광학계의 광학 경로의 도중에 설치된 차광 기구 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 수단은 광원으로부터 출사된 광속을 피노광 패턴에 따라 변조하고, 포토마스크를 거치지 않고 직접 묘화 노광하는 노광 장치이며, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판을 적재하여 주행하는 스테이지와, 파장 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원과, 파장 450 ㎚ 내지 25000 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원과, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속 중 적어도 일부와 상기 제2 광원으로부터 출사된 광속 중 적어도 일부를 합파하는 합파 광학계와, 상기 합파 광학계에 의해 합파된 광을 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하고, 상기 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지층 상에 패턴을 결상시키기 위한 조사 광학계를 구비하는 노광 장치이다.
또한, 본 발명의 또 다른 수단은 광원으로부터 출사된 광속을 피노광 패턴에 따라 변조하고, 포토마스크를 사용하지 않고 직접 묘화 노광하는 노광 장치이며, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판을 적재하여 주행하는 스테이지와, 파장 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원과, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하기 위한 제1 변조 광학계와, 파장 450 ㎚ 내지 25000 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원과, 상기 제2 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하기 위한 제2 변조 광학계와, 상기 제1 변조 광학계로부터 출사된 광속과 상기 제2 변조 광학계로부터 출사된 광속을 합파하여, 상기 스테이지 상에 위치하는 상기 감광성 수지층 상에 패턴을 결상시키기 위한 조사 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치이다.
또한, 본 발명의 다른 수단은 파장 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조하고, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판에 조사하는 제1 조사 공정과, 파장 450 ㎚ 내지 25000 ㎚의 범위 중 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원으로부터 출사된 광속을 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판에 조사하는 제2 조사 공정으로 이루어지는 감광성 수지의 노광 방법이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제2 조사 공정에서 조사되는 피노광 기판 상의 영역은 적어도 상기 제1 조사 공정에서 조사되는 영역을 포함하고, 또한 상기 제2 조사 공정과 상기 제1 조사 공정은 실질적으로 동시인 것을 특징으로 하는 감광성 수지의 노광 방법을 제공한다.
본 발명에서는, 상기 감광성 수지는 배선 형성 프로세스에서 사용되는 도금 레지스트, 에칭 레지스트 및 솔더 레지스트 중 어느 하나라도 좋고, 그 경우 본 발명이 제공하는 노광 방법을 이용함으로써 배선 기판을 제조하는 방법도 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 저비용화, 고처리량화 및 제조 프로세스 안정화를 모두 실현하는 마스크리스 직접 노광 장치 및 그 노광 방법 및 배선 기판의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 마스크리스 노광 장치, 노광 방법 및 배선 기판 제조 방법의 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
도1은 본 발명에 관한 마스크리스 노광 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층(10a)이 형성된 피노광 기판(10)을 적재하여 주행하는 스테이지(11)와, 청자광(400 ㎚ 내지 410 ㎚)의 범위의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원(1)과, 상기 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조한 후 스테이지(11) 상에 적재되어 있는 피노광 기판(10)의 감광성 수지층(10a)에 패턴을 결상시켜 노광 묘화하기 위한 제1 조사 광학계(50)와, 가시 내지 근적외광(파장이 450 ㎚ 내지 2500 ㎚)의 범위에 파장 성분 중 적어도 일부를 포함하는 광을 출사하는 제2 광원(2)과, 상기 제1 조사 광학계(50)에서 노광 묘화된 제1 조사 영역을 포함하도록 설정된 제2 조사 영역에 상기 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속(65)을 도광하는 제2 조사 광학계(60)를 구비한 노광 장치이다.
본 발명에 적절한 감광성 수지(10a)는 배선 기판 제조용으로서 일반적으로 사용되는 감광성 수지이고, 365 ㎚(i선)를 감광 주파장으로 하는 조성이라도, 405 ㎚(h선)를 감광 주파장으로 하는 조성이라도 상관없고, 또한 네거티브형이라도, 포지티브형이라도 좋다. 본 실시 형태에서는, 재료 가격 및 지금까지의 양산 실적의 관점을 감안하여 가장 적절한 감광성 수지(10a)로서 365 ㎚(i선)를 감광 주파장으로 하는 조성으로 조정된 범용의 네거티브형 감광성 재료를 사용하고, 피노광물(예 : 배선 기판)의 표면에 소정의 방법에 의해 적합하게 성막한 후에 노광을 행하였다. 감광성 수지(10a)의 형상은 드라이 필름형이라도, 액상이라도 본 실시예에서는 특별히 문제없이 사용할 수 있지만, 본 발명에 적절한 감광성 수지층(10a)의 성막 후의 막 두께는 대체로 약 2 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위이고, 특히 적절한 막 두께 범위는 10 마이크로미터 내지 80 마이크로미터이며, 최소 가공 치수(선폭)는 2 마이크로미터 정도이다. 본 발명에 적절한 감광성 수지층(10a)의 조성은 변성 아크릴레이트계 혹은 변성 메타크릴레이트계 단위체이며, 노볼락 아크릴레이트계, 에폭시 아크릴레이트계, 에폭시 메타크릴레이트계가 특히 바람직하다. 재료 가격, 처리량 및 프로세스 안정성 등의 관점도 고려하면, 에폭시 아크릴레이트계 단위체를 약 10 ％ 이상 함유하는 감광 재료가 본 발명에 가장 적절하다. 피노광물의 구조나 용도에 따라서는, 여기에 예시된 것 이외의 감광성 재료의 조성이라도 사용할 수 있는 것은 다시 지적할 필요도 없다. 예를 들어, 감광성 폴리이미드, 감광성 벤조시클로부텐(BCB) 감광성 폴리벤조옥사졸, 감광성 컬드 아크릴레이트 등을 주성분으로 하여 포함하는 감광성 수지를 이용한 경우에는, 각각의 재료에 대해 그 용도나 목적에 따른 적절한 처리 조건을 구한 후 적용한다. 또한, 배선 제조 공정에 있어서의 감광성 수지에는 다양한 용도가 알려져 있고, 구체적으로는 에칭 레지스트, 도금 레지스트, 솔더 레지스트 및 배선 커버 레이 등이 있지만, 각각의 용도 및 목적에 따라서 성막, 노광 및 현상의 각 조건이 조금씩 다르 다. 또한, 발명자 등의 실험에 의하면, 본 실시 형태에서는 단위체의 주성분이 비변성의 아크릴레이트계 혹은 메타크릴레이트계 감광성 수지인 경우에는 변성 단위체에 비해 경화 반응 촉진 효과가 비교적 작다는 경향이 인정되었다. 또한, 본 발명에 있어서는, 납땜의 댐(솔더 레지스트) 등의 용도로 이용되는 네거티브형의 영구 레지스트는 배선 형성 공정에서 에칭 레지스트 혹은 도금 레지스트로서 사용되는 비영구 레지스트나 포지티브형의 레지스트보다도 적절한 결과를 얻기 쉽다는 경향이 있었다. 또한, 본 발명에 있어서는, 세밀성의 관점에서는 포지티브형, 프로세스 마진의 관점에서는 네거티브형이 바람직한 것이 많고, 고세밀 화상(최소 가공 치수 ＝ 약 1 마이크로미터)의 형성이 필요한 경우에는 포지티브형으로 적용하고, 범용 용도(가공 치수 ＝ 10 내지 1000 마이크로미터)에 있어서는 네거티브형으로 적용하면 실용상의 최대의 효과를 얻을 수 있는 일이 많다.
또한, 감광성 수지에 자외 내지 근자외광과 동시에 가시광 내지 적외광을 조사하는 경우에 일어나는 광반응 촉진 현상에는 광화학 반응의 초기 과정에 있어서의 반응 활성종의 거동이 영향을 미치고 있다고 생각된다. 노광의 공정에서는 감광성 수지의 내부에서 감광성 분자가 자외 내지 근자외광을 흡수하여 반응 활성종(래디컬 등)을 생성하고 있는 것이지만, 생성 직후의 반응 활성종의 반응성이 가시광 내지 적외광의 조사에 의해 증대된 것이기 때문이라고 생각하고 있다. 감광성 수지의 내부에서는 다수의 소반응 과정이 경쟁적으로 동시에 진행하고 있기 때문에 반응 기구의 해석은 용이하지 않고, 따라서 반응 기구를 명확하게 서술할 수 없지만, 가시광 내지 적외광의 작용 기구로서, ① 광 소반응 과정(photo elementary reaction ; 명반응)에 의한 기구와 ② 비광 소반응 과정(non-photo elementary reaction ; 암반응)에 의한 기구 중 적어도 어느 하나에 관계가 있다고 생각하고 있다.
광 소반응 과정에 의한 기구는 감광성 분자가 자외 내지 근자외광을 흡수하여 생성한 반응 활성종이 가시 내지 적외광을 더 흡수함으로써 재활성화되는 기구이고, 감광성 수지가 가시 내지 적외광을 흡수함으로써 최저 전자 여기 상태의 범위에서 고위의 진동 및 회전 준위 레벨에 도달한 가능성이 있다. 혹은, 반응 활성종이 가시 내지 적외광을 흡수함으로써 어떠한 에너지 이동이나 전자 이동이 유기되고, 그 결과로서 상기 반응 활성종이 보다 고위의 전자 여기 상태로 여기된 가능성도 있다.
일반적으로 화학 반응의 속도는 농도, 온도 및 시간의 함수로 표시되므로, 광 소반응 과정에서 생성하는 반응 활성종(래디컬 등)의 농도를 바꾸지 않고 광 소반응 과정의 반응 속도를 증대시키기 위해서는, 온도를 상승하면 좋다는 사고 방식도 있다. 래디컬이 최대의 활성을 갖는 것은 발생 직후이므로, 자외 내지 근자외광으로 여기된 직후에 반응 활성종의 주위의 온도를 상승할 수 있으면 광화학 반응을 효율적으로 가속할 수 있고, 그 결과로서 노광 공정에 있어서의 외관의 감광 감도를 증대시킬 수 있다. 또한, 감광성 수지는 일반적으로 고형, 혹은 겔형이기 때문에 분자 운동이 제한되고 있지만, 적외광 조사에 의해 매트릭스 폴리머의 점도가 저하되어 분자가 확산하기 쉬워져 중합 신장 과정이 가속될지도 모른다.
비광 소반응 과정에 의한 기구는, 감광성 분자가 자외 내지 근자외광을 흡수 하여 생성한 반응 활성종(래디컬 등)을 기점으로 한 반응 신장 과정에 있어서 어떠한 반응 촉진 효과가 발현되는 기구이다. 반응 촉진 기구는 현시점에서는 명확하지는 않지만 활성종의 확산성 증대에 기인할 가능성도 있고, 혹은 감광성 수지 중의 비감광 성분(매트릭스 폴리머, 바인더 등)의 반응성 증대에 기인할 가능성도 있다.
본 발명에 있어서의 제1 광원(1)에는 파장 범위 ＝ 300 ㎚ 내지 410 ㎚의 자외 내지 근자외 범위의 파장 성분을 포함하는 공지 관용의 광원을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 다수의 고체 여기 레이저 광원을 늘어세워 구성해도 좋고, 혹은 수은등이나 메탈 할라이드등, 크세논 램프, 비가시광선 및 형광등 등도 사용할 수 있지만, 가장 바람직한 실시 형태는 복수의 청자광 레이저 다이오드(출사 파장 ＝ 405 ± 5 ㎚)를 병렬 배치하여 이루어지는 레이저 다이오드 어레이이다. 레이저광원은 휘도가 높고, 빔 성형이 용이하고, 파장 분포가 좁으므로 광학 필터를 별도로 설치할 필요가 없기 때문이다. 또한, 레이저 다이오드 광원은 수명이 길고, 소비 전력이 비교적 적고, 소형 등의 관점에서도 우수하고, 본 발명에 있어서의 제1 광원(1)으로서 가장 실용적인 광원이라 할 수 있다. 도1에 예시한 제1 광원(1)은 레이저 다이오드 어레이이다. 또한, 레이저 다이오드 어레이 이외의 광원을 이용하는 경우에는, 특정 파장 영역만을 취출하거나 혹은 특정 파장 영역을 컷트하거나 하기 위한 광학적인 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다(도시하지 않음). 특정 파장 영역의 광이 조사됨으로써 바람직하지 않은 부반응 및 부작용이 발생할 위험성을 배제하기 위해서이다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서 사용한 제1 광원(1)은 청자광 레이저 다이오드(출사 파장 ＝ 405 ± 5 ㎚)이지만, 한편 본 실시 형태에서 사용한 감광성 수지(10a)의 감광 주파장은 상술한 바와 같이 365 ㎚이다. 따라서, 제1 광원(1)으로부터 출사되는 광만으로는, 상기 감광성 수지(10a)의 감광 반응은 충분히 진행되지 않는 일이 있다. 본 발명에서는 이 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 별도로 설치한 제2 광원(2)으로부터의 출사광(65)을 상기 감광성 수지(10a)에 조사한다. 본 발명에서는 이와 같이 2 계통의 광원을 마련하여, 제1 조사 광원(1)으로부터의 패턴 형상만의 선택적 묘화 조사와, 제2 조사 광원(2)으로부터의 비패턴 형상의 면형 조사를 조합하여 피노광물(10)을 노광함으로써 양자의 광 에너지의 상승 효과를 끌어내고, 그 결과로서 제1 조사 광원으로부터의 선택적 묘화 조사에 있어서의 상반측 불궤 현상은 억제되어, 종래 기술에서는 이룰 수 없었던 노광 시간 단축 및 노광 처리량 증대를 실현한다.
본 실시 형태에서 사용하는 제2 광원(2)은 파장 범위 ＝ 450 ㎚ 내지 2500 ㎚의 가시 내지 근적외 범위의 파장 성분을 포함하는 공지 관용의 광원이다. 구체적으로는, 다수의 가시 내지 적외광의 반도체 레이저 광원을 모두 구성해도 좋고, 혹은 할로겐 램프, 크세논 램프 및 메탈 할라이드 램프 등이라도 상관없다. 예를 들어, 적외 레이저 광원 대신에 할로겐 램프를 사용하면 광원의 저가격화가 가능해지는 경우가 있다. 또한, 가시광 광원으로서 크세논 램프나 메탈 할라이드 램프를 사용하는 것도 가능하다. 이들 램프 광원을 이용하는 경우에는 광학적인 필터(61)에 의해 불필요한 자외광 성분을 제거해 둔다. 제2 광원(2)에 필터를 부착하여 자 외광 성분을 제거해 둠으로써, 자외광 감광 성분을 함유하는 감광성 수지층(10a)은 제2 광원(2)으로부터 출사된 광을 수광하는 것만으로는 전자 여기를 유기하지 않고, 그 결과로서 광반응은 전혀 진행되지 않는다. 본 실시 형태에서는, 450 ㎚ 이하의 파장 성분을 제거하기 위한 파장 필터를 부착한 메탈 할라이드 램프를 사용하였다. 본 실시 형태에서 제2 광원(2)으로서 사용한 파장 필터부의 메탈 할라이드 램프의 분광 방사 분포를 도5에 나타낸다.
또한, 메탈 할라이드 램프 이외의 광원을 이용한 경우에, 파장 범위 ＝ 500 ㎚ 내지 850 ㎚, 1300 ㎚ 내지 1700 ㎚, 1900 ㎚ 내지 2500 ㎚ 중 적어도 어느 하나의 파장 영역 범위에 분광 방사 강도를 갖는 광원을 사용한 경우에 바람직한 결과를 부여하였다. 여기에 열거한 파장 성분을 포함하는 광원이 바람직한 결과를 부여한 이유는 현시점에서는 명확하지 않지만, 본 실시 형태에서 사용한 감광성 수지(10a)에 포함되어 있는 어떠한 성분이 이들 근적외 영역에 흡수대를 갖고 있었을 가능성이 있다. 혹은 감광성 수지(10a)의 감광 반응에 필요한 광량자 에너지(E365)와 제1 광원(1)의 출사광의 광량자 에너지(E405)와 제2 광원(2)의 출사광의 광량자 에너지(E2000) 사이에, E365 ≒ E365 ＋ E2000라는 관계가 성립하고 있기 때문에, 제1 광원(1)으로부터의 광조사만으로는 공급 부족으로 되어 있었던 광량자 에너지를 제2 광원(2)으로부터 보충 공급할 수 있을지도 모른다. 덧붙여서, 일반적으로 사용되는 감광성 수지의 성분 중 하나인 바인더 폴리머 분자는 카르보닐기 혹은 히드록실기를 갖는 것이 많고, 이들 관능기의 배음 흡수대, 2배음 흡수대 및 3배음 흡수대 는 상기 영역에 위치하고 있으므로, 본 실시 형태에서 사용한 감광성 수지(10a) 이외의 공지 관용의 감광성 재료라도 상기 파장 범위(500 ㎚ 내지 850 ㎚, 1300 ㎚ 내지 1700 ㎚, 1900 ㎚ 내지 2500 ㎚ 중 적어도 어느 하나)에 큰 분광 강도 분포를 갖는 광원을 사용하였을 때에, 바람직한 결과를 부여할 가능성이 높다.
또한, 감광성 수지(10a)가 성막된 기판(10)의 면 내에서 균일한 노광 성적을 얻기 위해서는, 제2 광원(2)으로부터의 광속(65)을 도광하기 위한 제2 도광 광학계(62)(도시하지 않음)를, 상기 제1 조사 광학계(50)에서 노광 묘화된 제1 조사 영역을 누설되지 않게 또한 균일하게 조사할 수 있도록 배치하는 것이 긴요한 것은 다시 지적할 필요도 없다.
본 실시 형태에서 사용되는 스테이지(11)는 적어도 2축 방향으로 주사하고, 스테이지 컨트롤러(13)에 의해 그 주사 방향 및 주사 속도가 정밀하게 제어되어 있다. 또한, 결상 광학계(7)에서 초점을 연결하는 위치가 되도록 z축 방향의 위치 조정 기능을 갖고 있다. 또한, 감광성 수지층(10a) 상에 원하는 패턴을 묘화할 수 있도록, 제1 조사 광학계(50)의 일부인 변조 광학계(5)의 변조와 스테이지(11)의 주사가 연계 동작하는 기구가 설치되어 있다(상세한 것은 후술함).
본 실시 형태에서는, 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)은 적합하게 마련된 제1 도광 광학계(52a 내지 52c) 및 빔의 강도 분포 및 빔 형상을 정리하기 위한 빔 성형 광학 요소(8)를 경유하여, 상기 성형된 빔을 변조시키기 위한 광변조 광학 요소(5)에서 원하는 패턴 형상을 갖는 광속으로 변환되고, 그 후에, 복수의 광학 부품(7a 내지 7d)으로 이루어지는 결상 광학계(7)를 통과하여 감광성 수지층(10a) 상에 원하는 패턴을 결상한다. 광변조 광학 요소(5)는 변조 제어부(9)에 디지털 제어되어 있고, 결상 광학계(7)를 통과한 후에 원하는 묘화 패턴으로 결상하도록 입사된 광속을 변조한다. 광변조 광학 요소(5)로서 공지 관용의 광변조 소자를 사용할 수 있지만, 본 실시 형태에서 적절한 광변조 광학 요소(5)는, 예를 들어 2차원 광변조 소자이고, 구체예로서 DMD를 들 수 있다. 또한, 결상 광학계(7)를 구성하는 광학 부품 중 하나로서 마이크로 렌즈 어레이를 사용하면 광의 이용 효율을 증대시킬 수 있는 경우가 있다.
광변조 광학 요소(5)의 변조 동작은 변조 제어부(9)에 의해 고속이고 또한 정밀하게 제어되어 있고, 변조 제어부(9)와 스테이지 컨트롤러(13)를 통합적으로 제어하기 위해 상기 노광 장치의 주 제어부(30)가 마련되어 있다.
주 제어부(30)는 생산 계획 및 관리 시스템(35)으로부터의 지시를 기초로 하여 소정의 묘화 데이터를 수신하거나, 상기 수신한 데이터를 기초로 하여 변조 제어부(9)와 스테이지 컨트롤러(13)를 제어하거나 하는 등, 상기 노광 장치 전체를 제어하는 주요 제어 기능을 담당하는 유닛이다. 서브 시스템인 변조 제어부(9)나 스테이지 컨트롤러(13) 사이의 통신 수단을 갖고 있고, 제1 광원(1) 및 제2 광원(2)에 대해서도 광량이나 점등의 제어 신호를 송신하는 기능이 있다. 주 제어부(30)가 생산 계획 및 관리 시스템(35)으로부터의 지시를 받으면, 기억 장치(31) 혹은 CAD(Computer Aided Design) 시스템(38)에 대해 소정의 묘화 데이터나 각종 제어 프로그램을 요구한다. 또한, 소정의 묘화 패턴 데이터는 미리 CAD 시스템에서 설계된 후 네트워크(39)를 거쳐서 주 제어부(30)로 송신되고, 각종 제어 프로그램 이나 연산 프로그램 및 데이터베이스 등을 저장한 기억 장치(31)에 축적되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 노광 장치의 주 제어부(30)에 직접적으로 데이터 입력하기 위한 데이터 입력 수단(33)과 데이터를 표시하기 위한 데이터 표시 수단(32)을 구비하고 있고, 이 데이터 입력 수단(33)으로부터 묘화 데이터를 직접 입력해도 상관없고, 혹은 이 데이터 입력 수단(33)을 이용하여 묘화 데이터 취득 동작을 개시하는 지시를 직접 입력해도 상관없다.
상기 네트워크(39)는 공중 통신 회선, 혹은 그것을 경유한 통신망이라도 좋고, CAD 시스템(38)과 본 발명에 의한 노광 장치의 설치 장소가 이격되어 있어도 상관없다. 제품이 사용되는 장소, 소위 소비지 근처에 제조 거점을 마련하고, 그 제조 거점에 본 발명에 의한 노광 장치를 설치함으로써 제조 거점과 소비지 사이의 제품 반송 시간을 최단화할 수 있고, 그 결과로서 제품 반송 비용의 삭감에 부가하여 재고 및 유통 재고의 최소화, 판매 기회 손실의 삭감 및 수요 즉응 생산의 실현에 기여한다. 이러한 비지니스 모델에 있어서는, 설계 거점에 설치된 CAD 시스템(38)으로부터 제조 거점에 설치된 노광 장치를 향해 설계 정보를 포함하는 패턴 데이터를 송신할 필요가 있지만, 통상 이러한 데이터에는 제조상의 노하우나 영업 정보 등 비닉(秘匿)해야만 하는 정보가 많이 포함되어 있으므로, 통신선 상에서 도청되거나, 개찬(改竄)되거나 하지 않도록 미리 특정한 순서를 따른 암호화 처리를 실시한다. 또한, 통신망을 통과하는 시간을 단축하여 도청 및 개찬의 가능성을 적게 하기 위해, 암호화에 앞서 패턴 데이터를 압축하여 데이터 용량을 적게 해 두는 것이 바람직하고, 또한 휴먼 에러에 의한 입력 미스를 배제하기 위해 데이터 압축 내 지 암호화와 암호 해독 내지 데이터 복원을 자동적으로 처리하기 위한 정보 처리 장치를 설치하는 것이 바람직한 것은 물론이다.
또한, 여기에는 도시하고 있지 않지만, 기억 장치(31)에 저장된 제어 프로그램이나 연산 프로그램을 실행하기 위한 연산 처리부를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 도면에서는 생략되어 있지만, 본 발명의 노광 장치는 피노광 기판(10) 혹은 그 표면에 형성된 특정 형상의 위치, 형상 및 치수를 계측하기 위한 계측 수단을 구비하고 있고, 상기 계측 수단에 의해 취득된 계측 결과는 CAD 시스템(38)으로부터 송신되어 기억 장치(31)에 저장되어 있는 소정의 수치와 비교되고, 광변조 광학계(5) 및 스테이지(11)의 움직임을 미세 조정하기 위한 보정치를 산출하기 위해 사용된다.
본 발명에서는 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)과 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속(65)이 실질적으로 동시에 감광성 수지층(10a)을 조사하도록 광속을 제어하기 위해, 적어도 1 계통의 광속을 제어하는 기구를 설치하고, 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)을 변조하는 변조 광학계(5)의 변조 동작과 연동시킨다. 본 발명에서는 공지 관용의 광속 제어 기구를 사용할 수 있지만, 본 발명에 적절한 광속 제어 수단을 구체적으로 예시하면, 광속의 경로에 마련한 차광 수단이나 광원으로 전력을 공급하는 전원의 제어 장치 등을 들 수 있다.
광속의 경로에 마련한 차광 수단에 대해 더 구체적으로 설명하면, 광속의 경로(도광 광학계와 변조 광학계와 결상 광학계로 이루어지는 조사 광학계) 중 어느 하나의 장소에 셔터를 설치하거나, 조사 광학계와 피노광물(10) 사이에 셔터나 차 광 스커트를 설치하거나 하는 일 등이 있다. 이들 수단에 의해 간편하게 차광할 수 있다.
광속의 경로에 기계적으로 동작하는 셔터를 설치하는 경우, 셔터 동작에 기인하는 진동이 셔터의 주위에 위치하는 렌즈나 미러 등의 광학 부품에 대해 악영향을 미치지 않도록 하기 위해, 진동 흡수 기구나 완충 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 진동 흡수 기구를 생략할 수 있는 EO 모듈레이터(Electro-Optic Modulator)나 AO 모듈레이터(Acoustic-Optic Modulator) 등은 소직경 광속을 셔터하는 경우에는 적용할 수 있다.
광원의 종류에 따라서 광원으로 공급하는 전력의 제어 방법이 다르지만, 본 발명에서는 각각의 광원에 대응한 공지 관용의 전력 공급 제어 장치를 사용할 수 있다. 공급 전력을 변경한 후 출사 광량이 변화하기까지 약간의 시간 지연(time lag)이 발생하는 광원의 경우에는, 상술한 차광 수단과 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서 가장 적절한 제1 광원(1)은 복수의 청자광 레이저 다이오드를 병렬 배치하여 이루어지는 레이저 다이오드 어레이이기 때문에, 그것에 대응한 가장 적절한 광속 제어 수단은 광원으로의 공급 전력 제어이다(도시하지 않음). 레이저 다이오드의 온/오프(ON/OFF) 제어는 10 나노초 정도로 실현할 수 있고, 소형이고 또한 저렴한 제어 회로를 입수할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 제2 광원(2)으로서 사용하고 있는 파장 필터 부착 메탈 할라이드 램프는 전력 공급 후의 안정 점등까지 1초 정도가 필요하다. 그래 서, 본 실시 형태에서 가장 적절한 광속 제어 수단은 차광 스커트 혹은 차광 슬릿(3)이다. 이들 광속 제어 수단은 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속(65)의 경로 중이면 어느 곳에 마련해도 지장이 없지만, 본 실시 형태에서는 피노광물(10)과 제2 조사 광학계(60) 사이에 마련하였다. 또한, 메탈 할라이드 램프 이외의 광원과 조합하거나, 공급하는 전력을 완전히 차단하지 않고 소위 스탠바이 전력을 공급하거나, 기계적인 셔터 혹은 슬릿과 병용하는 등의 공지 관용의 고안을 하는 것도 지장이 없다.
본 발명에서는 제1 광원(1) 및 제2 광원(2)을 연속 점등하는 것 대신에, 어느 한쪽 혹은 양쪽의 광원을 고속으로 온/오프 점등시키는, 소위 유사 연속 점등 상태로 사용해도 좋다. 예를 들어, 제1 광원(1)으로서 펄스 점등의 레이저 광원을 이용하거나, 혹은 제2 광원(2)으로서 인버터 점등 형광등을 이용하거나 하는 일이 있다. 그 경우, 예를 들어 제1 광원(1)은 고속 펄스로 유사 연속 점등시키는 한편 제2 광원(2)을 연속 점등시킨 경우, 감광성 수지층(10a)이 수광하는 광강도의 일예를 예시하면, 도6에 예시하는 바와 같은 시간 경과를 따른다. 도7은 제1 광원(1)과 제2 광원(2)의 양쪽이 유사 연속 점등 광원인 경우에 얻을 수 있는 수광 강도의 일예이다. 이를 예로 나타낸 바와 같은 광원을 사용하는 경우에는, 시간을 미세하게 구획하여 엄밀하게 보면 제1 광원(1)으로부터의 광과 제2 광원(2)으로부터의 광이 동시 조사되고 있지 않은 시간대가 발생하고 있지만, 본 발명에서는 실질적인 동시 조사로 간주하고 있다. 제1 광원(1) 및 제2 광원(2)이 모두 연속 점등하는 엄밀한 동시 조사와 동등한 광반응 촉진 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에서 실질적인 동시 조사로 간주하는 범위는 제1 광원(1)이 기판(10)을 조사하고 있는 시간대와, 제2 광원(2)이 피노광 기판(10)을 조사하고 있는 시간대 중 적어도 일부가 겹쳐 있는 상태가 존재하는 경우이다. 예를 들어, 제1 광원(1)에 의한 조사에 앞서 제2 광원(2)에 의해 조사되는 경우(도8a)나, 반대로 제2 광원(2)에 의한 조사가 앞서는 경우(도8b)도 본 발명에서 말하는 바의 실질적 동시 조사의 일예이다. 동시에 조사하고 있는 시간대가 없는 경우(도8c)라도, 제1 광원(1)이 기판(10)을 조사하고 있는 시간대와, 제2 광원(2)이 피노광 기판(10)을 조사하고 있는 시간대의 간격(Δt)이 10초를 크게 상회하지 않는 경우에는, 본 발명에서는 실질적 동시 조사에는 포함한다.
본 실시 형태에서는, 제1 광원(1)인 레이저 다이오드 어레이는 고속으로 온/오프 되어 있는 한편 메탈 할라이드 램프는 연속 점등하고 있으므로, 실질적인 동시 조사라 할 수 있다. 또한, 제1 광원(1)과 제2 광원(2) 중 적어도 어느 한쪽이 유사 연속 점등인 경우에는 실질적 동시 조사가 된다. 또한, 다시 지적할 필요도 없지만 엄밀한 동시 조사라도 지장이 없다.
다음에, 본 발명에 의한 상기 노광 장치를 이용한 감광성 수지의 노광 방법에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 노광 장치는 공지 관용의 감광성 수지의 노광 방법에 적용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 피노광 기판(10)으로서 표층에 미리 배선 형성된 유리 에폭시 기판을 이용하고, 그 최상층에는 감광성 수지(10a)로서 감광성 솔더 레지스트[다이요우인키 세이조우(가부시끼가이샤)제 PSR4000]를 성막(막 두께 약 20 마이크로미터)하고, 상기 감광성 솔더 레지 스트를 노광하여 레지스트의 패턴을 형성하였다. 또한, 본 실시 형태에서 사용된 감광성 솔더 레지스트 PSR4000은 많은 배선 기판 제조 공장에서 사용되고 있는 네거티브형 감광성 수지이고, 그 감광 주파장은 365 ㎚이다.
도2에 예시한 실험 결과는, 본 발명에 관한 노광 장치를 사용하여 얻게 되는 패턴 묘화예의 요약의 일부이다. 본 실험에서는 본 발명에 관한 노광 장치를 사용하여 개구 직경 ＝ 50 내지 1000 마이크로미터의 납땜 범프용 개구 패턴을 묘화하고, 소정 조건에서 현상하여 얻게 된 레지스트의 형상을 측정하였다. 횡축은 패턴 묘화에 필요한 시간, 종축은 레지스트막 두께이고, 노광량을 늘리는 동시에 레지스트의 경화 반응이 진행되어 막 두께가 증가해 가는 모습을 나타내고 있다. 또한, 본 실험에서는, 패턴 및 묘화에 필요한 시간은 노광량과 대강 비례하도록 설정되어 있다.
도2는 제1 광원(1)과 제2 광원(2)을 동시 조사 노광하여 패턴 형성한 경우에는, 제1 광원(1)만을 사용하여 패턴 조사한 경우에 비해 패턴 묘화 시간이 약 30 ％까지 단축되고 있는 것을 나타내고 있고, 제2 광원(2)으로부터의 조사에 의해 레지스트의 노광 반응이 촉진된 것은 명백하다. 한편, 제1 광원(1)에 의한 노광 후, 1시간 이상 방치한 후 제2 광원(2)의 조사를 실시한 경우, 제1 광원(1)만을 사용하는 것보다도 묘화 시간이 약간 단축되어 있는 데 지나지 않는다. 또한, 제2 광원(2)으로부터의 조사만으로는 레지스트의 경화 반응은 전혀 진행되지 않는다.
상기와 같은 공정에서 얻게 된 피노광 기판(10)에 대해 소정의 후 처리, 구체적으로는 레지스트 후, 가열 처리 및 납땜 범프 패드의 표면 처리를 행한 후에 솔더 레지스트의 개구부에 납땜 페이스트를 인쇄 충전하고, 그 후에 납땜 리플로우함으로써 원하는 배선 기판을 제조할 수 있었다. 상기 배선 기판에 있어서는, 솔더 레지스트의 경화 부족에 기인하는 부상이나 박리 등의 불량은 전혀 볼 수 없었다.
또한, 본 발명에 관한 노광 장치를 사용함으로써 얻게 되는 패턴 묘화 시간의 단축 작용은 다양한 요인의 영향을 받아 변동하는 것은 다시 지적할 필요도 없다. 사용하는 감광성 수지(10a)의 종류나 막 두께, 제1 광원(1)의 조사 방법 및 제2 광원(2)의 종류 등에 따라서 묘화 시간 단축율은 10 ％ 내지 90 ％ 정도까지의 범위로 변동할 가능성이 있으므로, 실용화에 앞서서 노광 조건을 확인하는 것이 긴요하다. 또한, 막 두께 및 재질이 동일해도, 종래의 마스크 노광 장치에 있어서 적용되는 노광 조건과 본 발명에 관한 노광 장치에 있어서 적용되는 노광 조건은 다른 것이 많기 때문에, 기판 양산시의 작업의 혼란을 피하기 위해 노광 조건 환산표와 같은 데이터베이스를 작성하여 자동적으로 참조되도록 해 두면 편리하다. 데이터베이스화하여 기억 장치(31)에 보관해도 좋은 것은 물론이다.
도3에 예시한 실험 결과는, 본 발명에 관한 노광 장치를 사용하여 패턴 묘화한 결과의 다른 일부이다. 본 실험에서는, 상기 실험과 마찬가지로 본 발명에 관한 노광 장치를 사용하여 패턴을 묘화하여 소정 조건으로 현상하였지만, 얻게 된 레지스트의 막 두께를 측정하는 대신에 경도를 측정하였다. 횡축은 패턴 묘화에 필요한 시간, 종축은 레지스트의 경도이고, 이 도면에서 패턴 묘화에 필요한 시간은 노광량과 대강 비례한다.
이 도3은 제1 광원(1)과 제2 광원(2)을 병용하여 패턴 형성한 경우에는, 제1 광원(1)만을 사용하여 패턴 조사한 경우에 비해 급격히 경도가 증대되는 것을 나타내고 있고, 그 가속율은 약 2배였다.
다음에, 상기한 실험과 마찬가지로, 피노광 기판(10)으로서 미리 배선이 형성된 유리 에폭시 기판을 이용하여, 그 최상층에는 감광성 수지(10a)로서 감광성 솔더 레지스트[다이요우인키 세이조우(가부시끼가이샤)제 PSR4000]를 성막하여 포토마스크를 거쳐서 노광하는, 소위 마스크 노광기를 이용하여 노광을 행하고, 상기 실험 결과와의 차이를 조사하였다.
감광성 솔더 레지스트 PSR4000은 많은 배선 기판 제조 공장에서 사용되고 있는 네거티브형 감광성 수지이고, 마스크 노광기에 의한 패턴 형성은 특별히 문제 없이 실시할 수 있다. 그러나, 마스크를 거쳐서 한창 자외선을 조사하고 있는 중에 메탈 할라이드 램프로부터의 출사광을 조사한 바, 패턴의 상대 위치 어긋남이 현저하게 확대된다는 문제가 발생하였다. 이는 피노광물(10)이나 포토마스크가 메탈 할라이드 램프로부터의 조사광에 포함되는 적외선 성분을 흡수하여 서서히 열팽창을 일으켰기 때문이라고 생각하고 있다. 미리 배선이 형성된 기판의 경우에는 배선의 소밀(疎密)에 기인하여 기판면 내에서 열팽창 계수가 다른 위치가 발생하고, 그 결과로서 불균일한 팽창을 일으키기 때문이다. 피노광물(10)과 포토마스크의 팽창 계수가 다른 것도 원인으로 들 수 있다. 이 불균일한 팽창에 기인하는 배선 기판의 왜곡이나 변형은 한창 노광 중에 발생하고, 또한 변형량이 시시각각 변화되므로 미리 마스크 상의 패턴을 보정해도 완전하게는 대응할 수 없었다. 또한, 노광 장치의 내부에 설치한 메탈 할라이드 램프로부터의 배열의 영향을 받아 장치 내부가 뜨거워져 렌즈나 미러에 왜곡이 생긴다는 문제도 발생하였다. 이 광학계의 왜곡은 제어 불능이었다. 본 실험 결과는 마스크 노광 방법과 제2 광원에 의한 노광 반응 가속을 단순하게 조합할 수 없는 것을 명확하게 나타내고 있다.
도9는 본 발명에 관한 마스크리스 노광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층(10a)이 형성된 피노광 기판(10)을 적재하여 주행하는 스테이지(11)와, 자외광(350 ㎚ 내지 390 ㎚)의 범위의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원(1)과, 상기 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 빔 주사하면서 스테이지(11) 상에 적재되어 있는 피노광 기판(10)의 감광성 수지층(10a)에 패턴을 결상시켜 노광 묘화하기 위한 제1 조사 광학계(50)와, 가시 내지 적외광(450 내지 25000 ㎚)의 범위에 파장 성분 중 적어도 일부를 포함하는 광을 출사하는 제2 광원(2)과, 상기 제1 조사 광학계(50)에서 노광 묘화된 제1 조사 영역을 누설되지 않고 조사하도록 상기 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속(65)을 도광하는 제2 조사 광학계(60)를 구비한 노광 장치이다.
도1에 나타낸 실시 형태와의 차이는, ① 제1 광원(1)의 출사하는 광의 파장, ② 패턴의 묘화 방법, ③ 제2 광원(2)의 출사하는 광의 파장 범위이다. 배선 기판 제조용으로서 일반적으로 사용되는 감광성 수지는, 통상 그 감광 주파장이 365 ㎚(i선)인 것을 고려하고, 본 실시 형태에서는 일반적으로 사용되는 감광성 수지의 감광 특성에 합치하는 광을 출사하는 광원을 제1 광원(1)으로서 이용하였다. 도1 에 나타낸 실시 형태에서는 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속을 변조하기 위해 DMD를 광학 변조계로 하였지만, 현시점에서 대량이고 또한 저렴하게 입수할 수 있는 DMD는 자외광 내성 수명이 충분하다고는 할 수 없다. 그래서, 본 실시 형태에서는 DMD로 변조하는 대신에 폴리곤 미러(56)에 의한 빔 주사 광학계(6)를 이용하였다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서의 제1 조사 광학계는, 제1 도광 광학계(52)와 음향 광학 소자(58)와 폴리곤 미러(56)와 f-θ렌즈(57)를 조합하여 구성되어 있다. 폴리곤 미러 이외의 공지 관용의 빔 주사 광학계, 예를 들어 갈바노 미러를 이용해도 되는 것은 물론이지만, 고속의 빔 주사를 저렴하게 실현할 수 있는 광학계로서 폴리곤 미러가 가장 적절하다. 자외광 내성 수명이 높은 DMD, 혹은 DMD 이외의 2차원 광변조 소자, 예를 들어 GLV(Grating Light valve), SLM(Spatial Light Modulalor)을 대량이고 또한 저렴하게 입수할 수 있게 되면, 이들 공간 변조 소자를 이용해도 좋다.
본 실시 형태에서는, 빔 주사 광학계(6)는 변조 제어부(9)에 의해 정밀하고 또한 고속으로 제어되어 있고, 감광성 수지층(10a) 상에 원하는 패턴을 묘화할 수 있도록 제1 조사 광학계(50)의 일부인 빔 주사 광학계(6)의 주사와 스테이지(11)의 주사가 연휴 동작하는 기구가 설치되어 있다.
또한, 도1에 나타낸 실시 형태에 비해, 제1 광원(1)이 출사하는 광의 파장이 단파장측에 시프트한 결과, 입사되는 광량자의 에너지가 증대되고 있고, 제2 광원(2)으로부터의 조사광에 의한 광량자 에너지는 작고 충분하다. 그 결과로서, 제2 광원(2)으로부터의 조사광은 도1에 나타낸 실시 형태에 비해 장파장측의 파장 성분 이라도 좋다. 다시 지적할 필요도 없지만, 본 실시 형태는 도1에 나타낸 실시 형태와 같은 제2 광원(2)이라도 상관없다.
본 실시 형태에 있어서의 제1 광원(1)을 구체적으로 예시하면, 고체 여기 레이저 광원(YAG-3H) 및 초고압 수은등 등을 들 수 있지만, 소형이고 에너지 절약이라는 관점에서 자외선 다이오드 광원(LED나 LD)이 가장 적절하다. 현시점에서는 자외선 다이오드 광원으로 고출력의 자외광을 얻는 것은 곤란하기 때문에, 본 실시 형태에서는 제2 광원(2)으로부터의 보조적인 조사와의 상승 효과에 의해 실용적인 노광 처리량을 확보하고 있다.
본 실시 형태에서 사용하는 제2 광원(2)은 파장 범위 ＝ 2500 ㎚ 내지 25000 ㎚의 적외 범위의 파장 성분을 포함하는 공지 관용의 광원이다. 구체적으로는, 다수의 적외광의 반도체 레이저 광원을 모두 구성해도 좋고, 혹은 할로겐 램프, 크세논 램프 및 메탈 할라이드 램프 등이라도 상관없다. 또한, 레이저 광원을 이용하여 고속으로 빔 주사하면 차광 스커트 등의 고안을 생략할 수 있다.
상기 이외의 구성, 구체적으로는 피노광 기판(10) 및 감광성 수지(10a), 스테이지(11) 및 스테이지 컨트롤러(13), 주 제어부(30), 기억 장치(31), 데이터 표시 수단(32), 데이터 입력 수단(33), 생산 계획 및 관리 시스템(35), CAD 시스템(38) 및 네트워크(39) 등은 도1에 예시한 실시 형태와 동일하다
도10은 본 발명에 관한 마스크리스 노광 장치의 또 다른 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층(10a)이 형성된 피노광 기판(10)을 적재하여 주행하는 스테이지(11)와, 청자광(400 ㎚ 내지 410 ㎚)의 범 위의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원(1)과, 가시 내지 근적외광(파장이 450 ㎚ 내지 2500 ㎚)의 범위의 파장 성분 중 적어도 일부를 포함하는 광을 출사하는 제2 광원(2)과, 상기 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)과 상기 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속(65)을 합파하기 위한 합파 광학계(4)와, 합파된 합파 광속(15)을 원하는 피노광 패턴의 데이터를 기초로 하여 변조한 후 스테이지(11) 상에 적재되어 있는 피노광 기판(10)의 감광성 수지층(10a)에 패턴을 결상시켜서 노광 묘화하기 위한 합파 광조사 광학계(16)를 구비한 노광 장치이다. 또한, 합파 광조사 광학계(16)는 합파광 도광 광학계(17)와 합파 광변조 광학계(18)와 합파 광결상 광학계(19)로 이루어진다.
본 실시 형태에서는 합파 변조 광학계(18)로서 공지 관용의 2차원의 광변조 소자 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는 DMD 등의 광변조 소자이다. 합파 변조 광학계(18)에 입사되는 합파광에는 자외광 성분(＜ 400 ㎚)이 포함되어 있지 않기 때문에 자외선 내광 수명은 불필요하고, 저렴하고 또한 대량으로 입수할 수 있다는 관점에서 DMD가 가장 적절하다.
본 실시 형태에서는 크게 파장 분포가 다른 2 계통의 광속을 합파한 후에 결상시키기 때문에 합파 광결상시에 색 수차가 발생하고, 합파 광속(15)의 성분 중 제1 광원(1)으로부터의 광속(55)과 제2 광원(2)으로부터의 광속(65)에서 합초 위치가 다르다. 본 실시 형태에서는, 보다 단파장측 성분인 제1 광원(1)으로부터의 광속(55)의 초점 위치를 기준으로 스테이지(11)의 위치 맞춤 및 높이 맞춤을 실시한다. 즉, 제1 광원(1)으로부터의 광속(55)은 피노광 기판(10)의 감광성 수지층 (10a)의 감광 분자를 활성화시키기 위해, 제1 광원(1)으로부터의 광속(55)의 결상 위치에서 감광 반응이 진행되어 결상 형상에 대응한 패턴을 얻게 된다. 한편, 제2 광원(2)으로부터의 광속은 감광성 수지층(10a)의 감광 분자를 전자 여기시키는 광량자 성분을 포함하지 않고, 따라서 제2 광원(2)으로부터의 광속(65)의 결상 위치나 결상 형상은 감광 반응의 진행에는 직접적인 관계가 없다(간접적으로는 관계가 있음). 바꾸어 말하면, 제2 광원(2)으로부터의 광속(65)의 결상 위치나 결상 형상은 제1 광원(1)으로부터의 광속(55)의 결상 위치의 근방이면 문제없는 것이다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 제1 광원(1)으로부터 출사된 광속(55)과 제2 광원(2)으로부터 출사된 광속(65)을 합파시킨 후에 결상시키므로, 2 계통의 광원으로부터의 광성분은 필연적으로 거의 동일 장소를 거의 동시에 조사할 수 있다.
또한, 상술한 도1, 도9 및 도10에 예시한 구성에 유사한 노광 장치이면 본 발명에 문제없이 적용할 수 있다. 예를 들어, 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층(10a)이 형성된 피노광 기판(10)을 적재하여 주행하는 스테이지(11)와, 청자광(400 ㎚ 내지 410 ㎚)의 범위의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제1 광원(1)과, 제1 광원(1)으로부터의 광속(55)을 변조하는 제1 변조 광학계(53)와, 가시 내지 근적외광(파장이 450 ㎚ 내지 2500 ㎚)의 범위에 파장 성분 중 적어도 일부를 포함하는 광을 출사하는 제2 광원(2)과, 제2 광원(2)으로부터의 광속(65)을 변조하는 제2 변조 광학계(63)와, 상기 제1 변조 광학계(53)에서 변조되어 이루어지는 제1 변조광(54)과 상기 제2 변조 광학계(63)에서 변조되어 이루어지는 제2 변조광 (64)을 합파하기 위한 변조광 합파 광학계(20)와, 상기 변조광 합파 광학계(20)에서 합파되어 이루어지는 변조 합파 광속(21)을 스테이지 상에 적재되어 있는 피노광 기판(10)의 감광성 수지층(10a)에 패턴을 결상하기 위한, 변조 합파 결상 광학계(22)를 구비한 노광 장치(도시하지 않음)를 생각할 수 있다. 이 노광 장치의 특징은 2 계통의 광원으로부터의 광속을 각각 변조한 후 합파하는 점이다. 2 계통의 변조계를 구비할 필요가 있지만, 광원의 특성에 맞는 변조계를 선택할 수 있다는 관점으로부터 보면 유리하다.
또한, 여기에 예시한 구성을, 본 발명의 목적에 반하지 않는 범위에서 적절하게 조합하고, 혹은 공지 관용의 구성과 병용한 노광 장치도 본 발명에 사용하는 데 특별한 문제는 없다.
이상 설명한 실시 형태에 따르면, 마스크리스 직접 노광 장치를 이용하여 감광성 수지를 노광하는 노광 프로세스의 처리량을 증대시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 마스크리스 직접 노광 장치를 이용하여 노광함으로써 배선 기판을 제조의 처리량을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 저비용화, 고처리량화 및 제조 프로세스 안정화를 모두 실현하는 마스크리스 직접 노광 장치 및 그 노광 방법 및 배선 기판의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. 자외광에 감도를 갖는 감광성 수지층이 형성된 피노광 기판에 피노광 패턴을 직접 노광하는 노광 방법이며,
    파장 400㎚ 내지 410㎚의 범위의 파장 성분으로 이루어진 광을 출사하는 제1 광원으로부터 출사된 광속을 원하는 피노광 패턴의 데이터에 기초하여 DMD를 사용하여 변조하는 단계와,
    상기 감광성 수지층에 상기 변조된 광속을 조사하여, 상기 감광성 수지층의 노광을 가능하게 하고 상기 원하는 피노광 패턴을 생성하는, 단계와,
    파장 450㎚ 내지 2500㎚의 범위의 적어도 일부의 파장 성분을 포함하는 광을 출사하는 제2 광원으로부터 출사된 제2 광속을, 상기 감광성 수지층에 상기 변조된 광속을 조사하는 것과 실질적으로 동시에 상기 감광성 수지층에 조사하여, 상기 감광성 수지층의 노광을 가능하게 하고 상기 감광성 수지층의 감광 반응을 증가시키는, 단계를 포함하는
    노광 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감광성 수지층은, 도금 레지스트, 에칭 레지스트, 및 솔더 레지스트 중 어느 하나로 구성되는
    노광 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감광성 수지층은, 변성 아크릴레이트계 모노머 혹은 변성 메타크릴레이트계 모노머 중 어느 하나로 구성되는
    노광 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광속은 상기 원하는 피노광 패턴을 갖지 않는
    노광 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    400㎚ 내지 410㎚의 파장 범위는 DMD의 연장된 수명을 가능하게 하는
    노광 방법.
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