KR20080034124A - 패턴형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 묘화단위가 2차원적으로 분포된 노광헤드를 구비한 디지털 노광장치를 이용한 노광에 있어서, 비용을 억제하면서 각 묘화단위의 광량을 균일화함으로써, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성가능한 패턴형성방법을 제공한다.

이것에 의해, 감광층에 대하여 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 광분포 보정수단을 갖는 집광광학계를 통해 조사하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔을 조사해서 노광을 행하는 것을 적어도 포함하고, 상기 노광이 상기 광조사 수단으로부터 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사 영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔의 광량분포가 상기 감광층의 피노광면 상에서 균일하게 되도록 보정되어 행해지는 패턴형성방법을 제공한다.

패턴형성방법

Description

패턴형성방법{PATTERN FORMING METHOD}

본 발명은 공간 광변조 소자 등의 광변조 수단에 의해 변조된 광을 감광층 상에 결상시켜서 상기 감광층을 노광하는 패턴형성방법에 관한 것이다.

종래부터, 디지털·마이크로미러·디바이스(DMD) 등의 공간 광변조 소자(SLM)에 의해, 패턴정보(화상 데이터)에 따라 변조된 광으로 노광을 행하는 노광장치가 여러가지 제안되어 있다.

상기 DMD는 제어신호에 따라서 반사면의 각도가 변화하는 다수의 마이크로미러가 실리콘 등의 반도체 기판 상에 2차원상으로 배열된 미러 디바이스이다. 이 DMD를 사용한 종래의 디지털 노광방식의 노광장치를 사용한 노광방법에서는, 예를 들면 레이저광을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 조사된 상기 레이저광을 콜리메이트하는 렌즈계, 상기 렌즈계의 거의 초점위치에 배치된 상기 DMD 및 상기 DMD에서 반사된 상기 레이저광을 주사면 상에 결상하는 렌즈계를 구비한 노광헤드를 사용하여, 패턴정보 등에 따라서 생성한 제어신호에 의해 상기 DMD의 마이크로미러의 각각을 온오프 제어해서 상기 레이저광을 변조하고, 변조된 레이저광(광빔)으로 상기 노광장치의 스테이지 상에 세트되어 주사방향에 따라 이동하는 프린트배선판이나 액정표시소자 등의 감광재료에 대하여 패턴을 주사노광하고 있다.

상기와 같이, 묘화단위가 2차원적으로 분포된 노광헤드를 구비한 디지털 노광장치를 사용한 노광방법에 있어서는, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성하기 위해서 상기 묘화단위의 광량이 균일한 것이 중요하다.

그렇지만, 실제로는 상기 노광헤드로부터 조사된 광은 상기 노광헤드 내의 각 렌즈계의 요인으로, 광축의 중심부에 비해서 주변부의 광강도가 저하해 버린다고 하는 문제가 있고, 특히 각 묘화단위의 광을 마이크로렌즈 어레이를 통과시켜서 집광된 광을 조사하는 계에서 현저하다.

이 문제에 대하여, 상기 노광헤드로부터 조사된 광의 광강도 분포(광량)를 측정하고, 이 광강도 분포에 따라서 상기 공간 광변조 소자의 각 묘소부의 구동 타이밍을 변화시키도록 구동제어함으로써, 각 묘화단위의 광량이 균일해지도록 보정하는 쉐이딩기술을 이미 본 출원인이 제안하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2 참조).

그렇지만, 상술한 특허문헌 1 및 2의 기술에서는, 상기 공간 광변조 소자의 구동제어부에 걸리는 부하가 증가해서 처리속도에 영향을 미치고, 또한 이러한 노광장치는 전기적 회로구성이나 처리 소프트웨어가 복잡화되어 비용증가를 초래하는 경우가 있다. 전기적 제어계 시스템의 비용은 장치 전체의 비용에서 큰 비율을 차지하기 때문에, 비용을 억제하기 위해서 제어계 시스템의 부하를 경감시킬 수 있는 새로운 기술이 기대된다.

따라서, 묘화단위가 2차원적으로 분포된 노광헤드를 구비한 디지털 노광장치를 사용한 노광에 있어서, 비용을 억제하면서 2차원적으로 분포된 각 묘화단위의 광량을 균일화함으로써 미세한 패턴을 고정밀도로 형성가능한 패턴형성방법은 아직 제공되어 있지 않고, 개량개발이 더욱 기대되고 있는 것이 현실이다.

[특허문헌 1] 일본특허공개 2005-22248호 공보

[특허문헌 2] 일본특허출원 2005-22249호 공보

본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이고, 종래에 있어서의 상기 제문제를 해결하고 이하의 목적을 달성하는 것을 과제로 한다. 즉, 본 발명은 묘화단위가 2차원적으로 분포된 노광헤드를 구비한 디지털 노광장치를 사용한 노광에 있어서, 비용을 억제하면서 2차원적으로 분포된 각 묘화단위의 광량을 균일화함으로써, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성가능한 패턴형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로는 이하와 같다. 즉,

<1> 지지체 상에 감광층을 갖는 패턴형성재료에 있어서의 상기 감광층을 피처리 기체 상에 적층한 후,

상기 감광층에 대하여, n개(단, n은 1 이상의 자연수)의 2차원적으로 배열된 묘소부를 갖고 패턴정보에 따라서 상기 묘소부마다 광변조 상태를 변화시키는 광변조 수단에 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 광분포 보정수단을 갖는 집광광학계를 통해 조사하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔을 조사해서 노광을 행하는 것을 적어도 포함하고,

상기 노광은, 상기 광조사 수단으로부터 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔의 광량분포가 상기 감광층의 피노광면 상에서 균일하게 되도록 보정되어 행해지는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법이다. 상기 <1>에 기재된 패턴형성방법에 있어서는, 상기 광량분포 보정수단을 갖는 상기 집광광학계에 의해 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔의 노광면에서의 광량분포가 균일하게 되도록 보정되므로, 상기 묘소부에 있어서 각 묘화단위의 광량이 균일하게 되도록 보정되어 고정밀도한 노광이 행해진다. 예를 들면, 그 후 상기 감광층을 현상함으로써 고정밀한 패턴이 형성된다.

<2> 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 집광광학계에 의해 주광선의 각도에 분포를 갖는 광빔으로 하여 광변조 수단에 조사하는 상기 <1>에 기재된 패턴형성방법이다. 상기 <2>에 기재된 패턴형성방법에 있어서는, 상기 광조사 수단으로부터 출사된 광빔이 집광광학계에 의해 주광선의 각도에 분포를 갖는 광빔으로 하여 광변조 수단에 조사되므로, 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 한다. 그 결과, 노광면에서의 광량분포가 균일화되어 매우 고정밀도한 노광이 행해진다. 예를 들면, 그 후 상기 감광층을 현상함으로써 매우 고정밀한 패턴이 형성된다.

<3> 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 집광광학계에 의해 텔레센트릭(telecentric)광으로 하여 광변조 수단에 조사하는 상기 <1>에 기재된 패턴형성방법이다. 상기 <3>에 기재된 패턴형성방법에 있어서는, 상기 광조사 수단으로부터 출사된 광빔이 상기 집광광학계에 의해 텔레센트릭광으로 하여 상기 광변조 수단에 조사되므로, 상기 광변조 수단에 조사되는 광의 텔레센트릭성과 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광의 노광면에서의 광량분포의 균일성의 양립이 도모되어, 매우 고정밀도한 노광이 행하여진다. 예를 들면, 그 후 상기 감광층을 현상함으로써 매우 고정밀한 패턴이 형성된다.

<4> 집광광학계가, 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈파워가 작아지는 비구면 형상을 갖는 제 1 광학렌즈와 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈파워가 커지는 비구면 형상을 갖는 제 2 광학렌즈로 이루어진 광분포 보정수단을 갖는 상기 <3>에 기재된 패턴형성방법이다. 상기 <4>에 기재된 패턴형성방법에 있어서는, 상기 집광광학계가 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈파워가 작아지는(평행 입사빔을 집광하는 볼록렌즈와 같은) 비구면 형상을 갖는 제 1 광학렌즈와 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈파워가 커지는(평행 입사빔을 발산시키는 오목렌즈와 같은) 비구면 형상을 갖는 제 2 광학렌즈로 이루어진 광분포 보정수단을 가지므로, 상기 제 1 광학렌즈의 주변부를 통과한 광에 비해서 중앙 부근을 통과한 광의 쪽이 광축으로부터 멀어지는 정도가 강한 상황이 실현되고, 또한 광축에 따른 렌즈파워의 변화를 제 1 광학렌즈와 제 2 광학렌즈로 역전시킴으로써 텔레센트릭 광학계가 실현된다. 그 결과, 상기 텔레센트릭 광학계로부터 출사된 광빔의 광량분포는 광축중심에 대하여 주변부의 분포 밀도가 높아져서, 노광면에서의 광량분포가 균일화되어 매우 고정밀도한 노광이 행해진다. 예를 들면, 그 후 상기 감광층을 현상함으로써 매우 고정밀한 패턴이 형성된다.

<5> 집광광학계가 광조사 수단으로부터 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서 중심부보다도 주변부의 광량을 증가시키는 상기 <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다. 상기 <5>에 기재된 패턴형성방법에 있어서는, 상기 집광광학계가, 상기 광조사 수단으로부터 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서 중심부보다도 주변부의 광량을 증가시키므로, 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역에서 중심부보다도 저하된 주변부의 광량이 상기 집광광학계에 의해 증가되어, 노광에 있어서의 광이용 효율이 향상된다.

<6> 광변조 수단이 공간 광변조 소자인 상기 <1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<7> 공간 광변조 소자가 디지털·마이크로미러·디바이스(DMD)인 상기 <6>에 기재된 패턴형성방법이다.

<8> 노광이 행해진 후 감광층의 현상을 행하는 상기 <1> 내지 <7> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<9> 현상이 행해진 후 영구패턴의 형성을 행하는 상기 <1> 내지 <8> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<10> 영구패턴이 배선패턴이고, 상기 영구패턴의 형성은 에칭처리 및 도금처리 중 적어도 어느 하나에 의해 행해지는 상기 <9>에 기재된 패턴형성방법이다.

<11> 광조사 수단은 2개 이상의 광을 합성해서 조사가능한 상기 <1> 내지 <10> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다. 상기 <11>에 기재된 패턴형성재료에 있어서는, 상기 광조사 수단이 2개 이상의 광을 합성해서 조사가능함으로써, 노광이 초점 심도가 깊은 노광광으로 행해진다. 그 결과, 상기 패턴형성재료로의 노광이 매우 고정밀하게 행하여진다. 예를 들면, 그 후 상기 감광층을 현상함으로써, 매우 고정밀한 패턴이 형성된다.

<12> 광조사 수단이 복수의 레이저, 다중모드 광섬유, 및 상기 복수의 레이저로부터 각각 조사된 레이저빔을 평행광화해서 집광하여 상기 다중모드 광섬유의 입사단면에 수렴시키는 광원 집광광학계를 갖는 상기 <1> 내지 <11> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다. 상기 <12>에 기재된 패턴형성방법에 있어서는, 상기 광조사 수단에 의해 상기 복수의 레이저로부터 각각 조사된 레이저빔이 상기 광원 집광광학계에 의해 집광되어 상기 다중모드 광섬유의 입사단면에 수렴됨으로써, 고휘도이고 또한 초점 심도가 깊은 광빔이 얻어진다. 그 결과, 상기 패턴형성재료로의 노광이 매우 고정밀하게 행해진다. 예를 들면, 그 후 상기 감광층을 현상함으로써 매우 고정밀한 패턴이 형성된다.

<13> 감광층은 바인더, 중합성 화합물 및 광중합 개시제를 함유하는 상기 <1> 내지 <12> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<14> 바인더가 산성기를 갖는 상기 <13>에 기재된 패턴형성방법이다.

<15> 바인더가 비닐 공중합체인 상기 <13> 또는 <14>에 기재된 패턴형성방법이다.

<16> 바인더가 공중합체를 함유하고, 상기 공중합체가 스티렌 및 스티렌 유도체 중 적어도 어느 하나에 유래한 구조단위를 갖는 상기 <13> 내지 <15> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성재료이다.

<17> 바인더의 유리전이온도(Tg)가 80℃ 이상인 상기 <13> 내지 <16> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성재료이다.

<18> 바인더의 산가가 70∼250mgKOH/g인 상기 <13> 내지 <17> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<19> 중합성 화합물이 우레탄기 및 아릴기 중 적어도 어느 하나를 갖는 모노머를 함유하는 상기 <13> 내지 <18> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<20> 광중합 개시제가 할로겐화 탄화수소 유도체, 헥사아릴비이미다졸, 옥심 유도체, 유기과산화물, 티오 화합물, 케톤 화합물, 방향족 오늄염 및 메타로센류로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 상기 <13> 내지 <18> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<21> 감광층이 바인더를 10∼90질량% 함유하고, 중합성 화합물을 5∼90질량%함유하는 상기 <1> 내지 <20> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<22> 감광층의 두께가 1∼100㎛인 상기 <1> 내지 <21> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<23> 지지체가 합성수지를 함유하고, 또한 투명한 상기 <1> 내지 <22> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<24> 지지체가 장척상인 상기 <1> 내지 <23> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<25> 패턴형성재료가 장척상이고, 롤상으로 권취되어 이루어진 상기 <1> 내지 <24> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

<26> 패턴형성재료에 있어서의 감광층 상에 보호필름을 형성하는 상기 <1> 내지 <25> 중 어느 하나에 기재된 패턴형성방법이다.

본 발명에 의하면, 종래에서의 문제를 해결할 수 있고, 묘화단위가 2차원적으로 분포된 노광헤드를 구비한 디지털 노광장치를 사용한 노광에 있어서, 비용을 억제하면서 2차원적으로 분포된 각 묘화단위의 광량을 균일화함으로써, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성가능한 패턴형성방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 컬러필터의 제조방법에 사용되는 노광장치가 구비한 노광헤드의 광학계를 나타내는 개략구성도이다.

도 2는 디지털·마이크로미러·디바이스(DMD)의 구성을 나타내는 부분 확대 도의 일례이다.

도 3a는 도 2에 나타낸 DMD의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.

도 3b는 도 2에 나타낸 DMD의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.

도 4a는 섬유 어레이 광원의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 4b는 도 4a의 레이저 출사부에 있어서의 발광점의 배열을 나타내는 평면도이다.

도 5는 합파 레이저광원의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 6은 레이저 모듈의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 7은 도 6에 나타낸 레이저 모듈의 구성을 나타내는 측면도이다.

도 8은 도 6에 나타낸 레이저 모듈의 구성을 나타내는 부분 측면도이다.

도 9a는 DMD 상에 조사되는 레이저광의 주광선의 경사를 모식적으로 나타내는 모식도이다.

도 9b는 DMD 상에 조사되는 레이저광의 주광선 각도의 분포를 나타내는 그래프도이다.

도 10은 도 9b에 나타낸 DMD 상에 조사되는 레이저광의 주광선 각도의 분포(1)에 대응하고, 주광선 각도의 분포를 갖는 레이저광을 DMD 상에 조사했을 때의 광량분포를 나타내는 그래프도(2), DMD-마이크로렌즈 어레이 사이의 광투과 특성을 나타내는 그래프도(3), 상기 그래프도(3)과 같이 조정한 레이저광으로 화상노광을 행함으로써 노광영역에서의 광량분포가 균일화되어 보정된 상태를 나타내는 그래프도(4)이다.

도 11a는 텔레센트릭 광학계를 나타내는 구성도이고, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 비구면 렌즈를 갖는 텔레센트릭 광학계를 나타내는 구성도이다.

도 11b는 텔레센트릭 광학계를 나타내는 구성도이고, 도 11a의 텔레센트릭 광학계의 베이스가 되는 구면 렌즈를 갖는 텔레센트릭 광학계를 나타내는 구성도이다.

(패턴형성방법)

본 발명의 패턴형성방법은, 패턴형성재료에 있어서의 감광층을 피처리 기체 상에 적층한 후 상기 감광층에 대하여 노광을 행하는 노광공정을 적어도 포함하고, 적당히 선택한 그 밖의 공정을 포함한다.

상기 노광공정은, n개(단, n은 1 이상의 자연수)의 2차원적으로 배열된 묘소부를 갖고 패턴정보에 따라서 상기 묘화부마다 광변조 상태를 변화시키는 광변조 수단에, 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 광분포 보정수단을 갖는 집광광학계를 통해 조사하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔을 조사해서 노광을 행하는 것을 적어도 포함하고,

상기 노광이, 상기 광조사 수단으로부터 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔의 광량분포가 상기 감광층의 피노광면 상에서 균일하게 되도록 보정되어서 행해진다.

상기 광조사 수단으로부터 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 하는 방법으로서 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 상기 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 상기 집광광학계에 의해 주광선의 각도에 분포를 갖는 광빔으로서 상기 광변조 수단에 조사하는 제 1 실시형태 및 상기 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 상기 집광광학계에 의해 텔레센트릭광으로서 광변조 수단에 조사하는 제 2 실시형태가 열거된다.

본 발명의 패턴형성방법의 노광공정에 관한 노광장치의 일례에 대해서 이하 도면을 참조하여 설명한다. 상기 노광공정에 있어서의 노광방법은 상기 노광장치의 설명을 통해서 밝힌다.

[제 1 실시형태]

<노광장치의 개략구성>

도 1에는 제 1 실시형태에 관한 노광장치에 설치된 노광헤드(100)의 개략구성이 나타나 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 노광헤드(100)는 입사된 광빔을 패턴정보(이하, 「화상 데이터」로 표시하기도 함)에 따라서 묘소부(이하, 「화소」로 표시하기도 함)마다 변조하는 광변조 수단으로서, 공간 광변조 소자의 디지털·마이크로미러·디바이스(DMD)(50)을 구비하고 있다. 이 DMD(50)은 데이터 처리부와 미러 구동제어부를 구비한 도시하지 않는 제어기에 접속되어 있다.

상기 제어기의 데이터 처리부에서는 입력된 패턴정보(화상 데이터)에 근거하여 묘소부(화소)인 DMD(50)의 각 마이크로미러를 구동제어하는 제어신호를 생성한다. 또한, 미러 구동제어부에서는 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어신호에 근거하여 DMD(50)의 각 마이크로미러의 반사면의 각도를 제어한다.

또한, 반사면의 각도의 제어에 대해서는 후술한다.

DMD(50)의 광입사측에는 광섬유의 출사단부(발광점)가 소정방향에 따라 일렬로 배열된 레이저 출사부를 구비한 섬유 어레이 광원(112), 섬유 어레이 광원(112)으로부터 출사된 레이저광을 보정해서 DMD 상에 집광하는 집광광학계(114), 집광광학계(114)를 투과한 레이저광을 DMD(50)를 향해서 반사하는 미러(122, 124)가 이 순서대로 배치되어 있다.

집광광학계(114)는 섬유 어레이 광원(112)으로부터 출사된 레이저광을 집광하는 1쌍의 조합렌즈(116), 집광된 레이저광의 광량분포가 균일하게 되도록 보정하 는 로드 인테그레이터(118) 및 광량분포가 보정된 레이저광을 DMD 상에 집광하는 집광렌즈(120)로 구성되어 있다.

로드 인테그레이터(118)는 인테그레이터 내를 광이 전반사하면서 도광하여 행하므로, 광량분포가 균일하게 되도록 레이저광을 보정할 수 있다.

한편, DMD(50)의 광반사측에는 투영 광학계가 설치되어 있다.

상기 투영광학계는 DMD(50)의 광반사측의 노광면에 있는 감광재료(상기 패턴형성재료에 있어서의 상기 감광층을 피처리 기체 상에 적층하여 이루어진 적층체) (134) 상에 광원상을 투영하기 위해서, DMD(50)측으로부터 감광재료(134)를 향해서 순서대로 렌즈계(126), 마이크로렌즈 어레이(128), 대물렌즈계(130)의 각 노광용 광학부재가 배치되어 구성되어 있다.

여기에서, 렌즈계(126) 및 대물렌즈계(130)는 도 1에 나타낸 바와 같이 복수매의 렌즈(볼록렌즈나 오목렌즈 등)를 조합시킨 확대광학계로서 구성되어 있어, DMD(50)에 의해 반사되는 광빔(광선속)의 단면적을 확대함으로써, DMD(50)에 의해 반사된 광빔에 의한 감광재료(134) 상의 노광영역의 면적을 소정의 크기로 확대시킨다.

또한, 감광재료(134)는 대물렌즈계(130)의 후방 초점위치에 배치된다.

마이크로렌즈 어레이(128)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 섬유 어레이 광원(112)으로부터 조사된 레이저광을 반사하는 DMD(50)의 각 마이크로미러(62)(도 2 참조)에 1 대 1로 대응하는 복수의 마이크로렌즈(132)가 2차원상으로 배열되어, 일체적으로 형성되어 구형 평판상으로 형성된 것이며, 각 마이크로렌즈(132)는 각각 렌즈계(126)를 투과한 각 레이저빔의 광축 상에 각각 배치되어 있다.

이 마이크로렌즈 어레이(128)는, 예를 들면 수지 또는 광학유리를 몰드성형함으로써 형성할 수 있다.

-광변조 수단-

상기 광변조 수단의 일례로서의 DMD(50)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 SRAM셀(메모리셀)(60) 상에 미소 미러(마이크로미러)(62)가 지주에 의해 지지되어서 배치된 것이고, 묘소부(「화소」 또는 「픽셀」이라고도 함)를 구성하는 다수의(예를 들면, 600개×800개)의 미소 미러를 격자상으로 배열해서 구성된 미러 디바이스이다.

각 픽셀에는 최상부에 지주에 지지된 마이크로미러(62)가 설치되어 있고, 마이크로미러(62)의 표면에는 알루미늄 등의 반사율 높은 재료가 증착되어 있다. 한편, 마이크로미러(62)의 반사율은 90% 이상이다.

또한, 마이크로미러(62)의 바로 아래에는 힌지 및 요크를 포함하는 지주를 통해 통상의 반도체 메모리의 제조라인에서 제조되는 실리콘-게이트의 CMOS의 SRAM셀(60)이 배치되어 있고, 전체는 모놀리식(일체형)으로 구성되어 있다.

DMD(50)의 SRAM셀(60)에 디지털 신호가 기록되면, 지주로 지지된 마이크로미러(62)가 대각선을 중심으로 하여 DMD(50)가 배치된 기판측에 대하여 ±α도(예를 들면 ±10도)의 범위에서 경사진다. 도 3a는 마이크로미러(62)가 온 상태인 +α도로 경사진 상태를 나타내고, 도 3b는 마이크로미러(62)가 오프 상태인 -α도로 경사진 상태를 나타낸다. 따라서, 화상신호에 따라 DMD(50)의 각 픽셀에 있어서의 마 이크로미러(62)의 경사를 도 2에 나타낸 바와 같이 제어함으로써, DMD(50)에 입사된 광은 각각의 마이크로미러(62)의 경사방향으로 반사된다.

한편, 도 2에는 DMD(50)의 일부를 확대한, 마이크로미러(62)가 +α도 또는 -α도로 제어되어 있는 상태의 일례를 나타낸다. 각각의 마이크로미러(62)의 온오프 제어는 DMD(50)에 접속된 도시하지 않은 제어기에 의해 행해진다. 한편, 오프 상태의 마이크로미러(62)에 의해 광빔이 반사되는 방향에는 광흡수체(도시하지 않음)가 배치되어 있다.

-광조사 수단-

상기 광조사 수단의 일례로서의 섬유 어레이 광원(112)은, 도 4a에 나타낸 바와 같이 복수(도면에서는 25개)의 레이저 모듈(64)을 구비하고 있고, 각 레이저 모듈(64)에는 다중모드 광섬유(30)의 일단이 결합되어 있다.

다중모드 광섬유(30)의 타단에는 코어직경이 다중모드 광섬유(30)와 동일하고 또한 클래드 직경이 다중모드 광섬유(30)보다 작은 광섬유(31)가 결합되어, 도 4b에 나타낸 바와 같이 광섬유(31)의 출사단부(발광점)가 소정방향을 따라 복수열(도면에서는 3열) 배열되어서 레이저 출사부(68)가 구성되어 있다.

다중모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)로서는 스텝 인덱스형 광섬유, 그레이티드(grated) 인덱스형 광섬유 및 복합형 광섬유 중 어느 것이어도 좋다. 예를 들면, Mitsubishi Cable Industries, Ltd. 제품의 스텝 인덱스형 광섬유를 사용할 수 있다.

본 실시형태에서는, 다중모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)는 스텝 인덱스형 광 섬유이고, 다중모드 광섬유(30)는 클래드 직경=125㎛, 코어 직경=50㎛, NA=0.2, 입사단면 코트의 투과율=99.5% 이상이고, 광섬유(31)는 클래드 직경=60㎛, 코어 직경=50㎛, NA=0.2이다.

단, 광섬유(31)의 클래드 직경은 60㎛에 한정되지 않는다. 종래의 섬유 광원에 사용되고 있는 광섬유의 클래드 직경은 125㎛이지만, 클래드 직경이 작아질수록 초점 심도가 보다 깊어지므로, 다중모드 광섬유의 클래드 직경은 80㎛ 이하가 바람직하고, 60㎛ 이하가 보다 바람직하고, 40㎛ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, 코어 직경은 적어도 3∼4㎛ 필요하므로, 광섬유(31)의 클래드 직경은 10㎛ 이상이 바람직하다.

레이저 모듈(64)은 도 5에 나타낸 합파 레이저광원(섬유 광원)에 의해 구성되어 있다. 이 합파 레이저광원은 히트블록(10) 상에 배열 고정된 복수(예를 들면, 7개)의 칩상의 횡 다중모드 또는 단일모드의 GaN계 반도체 레이저(LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6 및 LD7), GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각각에 대응해서 설치된 콜리메이터 렌즈(11, 12, 13, 14, 15, 16 및 17), 1개의 집광렌즈(20) 및 1개의 다중모드 광섬유(30)로 구성되어 있다.

또한, 반도체 레이저의 개수는 7개에 한정되지 않는다. 예를 들면, 클래드 직경=60㎛, 코어 직경=50㎛, NA=0.2의 다중모드 광섬유에는 20개의 반도체 레이저광을 입사하는 것이 가능해서, 조사 헤드의 필요 광량을 실현하고 또한 광섬유 개수를 저감할 수 있다.

GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)는 발진 파장이 전부 공통(예를 들면, 405nm) 이고, 최대출력도 전부 공통(예를 들면, 다중모드 레이저에서는 100mW, 단일모드 레이저에서는 30mW)이다. 한편, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는 350nm∼450nm의 파장범위에서 상기의 405nm 이외의 발진파장을 구비한 레이저를 사용해도 좋다.

또한, 바람직한 파장범위에 대해서는 후술한다.

상기의 합파 레이저광원은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 다른 광학요소와 함께 상방이 개구된 상자형태의 패키지(40) 내에 수납되어 있다. 패키지(40)는 그 개구를 열도록 작성된 패키지 뚜껑(41)을 구비하고 있어, 탈기처리 후에 봉지가스를 도입하고 패키지(40)의 개구를 패키지 뚜껑(41)으로 닫음으로써, 패키지(40)와 패키지 뚜껑(41)에 의해 형성되는 폐공간(봉지공간) 내에 상기 합파 레이저광원이 기밀봉지되어 있다.

패키지(40)의 저면에는 베이스판(42)이 고정되고 있어, 이 베이스판(42)의 표면에는 상기 히트블록(10)과 광원 집광렌즈(20)를 보유하는 집광렌즈 홀더(45)와 다중모드 광섬유(30)의 입사단부를 보유하는 섬유 홀더(46)가 장착되어 있다. 다중모드 광섬유(30)의 출사단부는 패키지(40)의 벽면에 형성된 개구로부터 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또한, 히트블록(10)의 측면에는 콜리메이터 렌즈 홀더(44)가 장착되어 있어 콜리메이터 렌즈(11∼17)가 보유되어 있다. 패키지(40)의 횡벽면에는 개구가 형성되어, 이 개구를 통해서 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)에 구동전류를 공급하는 배선(47)이 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또한, 도 6에서는, 도면의 번잡화를 피하기 위해서 복수의 GaN계 반도체 레이저 중 GaN계 반도체 레이저(LD7)에만 번호를 부여하여, 복수의 콜리메이터 렌즈중 콜리메이터 렌즈(17)에만 번호를 부여하고 있다.

도 8은 상기 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 장착부분의 정면형상을 나타낸 것이다.

콜리메이터 렌즈(11∼17)의 각각은 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라낸 형상으로 형성되어 있다. 이 가늘고 긴 형상의 콜리메이터 렌즈는, 예를 들면 수지 또는 광학유리를 몰드성형함으로써 형성할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)는 길이방향이 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 발광점의 배열방향(도 8의 좌우방향)에 직교하도록 상기 발광점의 배열 방향에 밀접 배치되어 있다.

한편, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는, 발광폭이 2㎛인 활성층을 구비하고 활성층과 평행한 방향, 직각인 방향의 확장각이 각각 예를 들면 10°, 30°인 상태로 각각 레이저빔(B1∼B7)을 방출하는 레이저가 사용되어 있다. 이들 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)는 활성층으로 평행한 방향으로 발광점이 1열로 나란하도록 배열되어 있다.

따라서, 각 발광점으로부터 방출된 레이저빔(B1∼B7)은, 상술한 바와 같이 가늘고 긴 형상의 각 콜리메이터 렌즈(11∼17)에 대하여 확장각도가 큰 방향이 길이방향과 일치하고, 확장각도가 작은 방향이 폭방향(길이방향과 직교하는 방향)과 일치하는 상태로 입사하게 된다. 즉, 각 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 폭이 1.1mm, 길이가 4.6mm이고, 이들에 입사하는 레이저빔(B1∼B7)의 수평방향, 수직방향의 빔직경은 각각 0.9mm, 2.6mm이다. 또한, 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 각각은 초점거리 f₁=3mm, NA=0.6, 렌즈 배치 피치=1.25mm이다.

광원 집광렌즈(20)는 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라내고, 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 배열 방향, 즉 수평방향으로 길고 그것과 직각한 방향으로 짧은 형상으로 형성되어 있다. 이 광원 집광렌즈(20)는 초점거리 f₂=23mm, NA=0.2이다. 광원 집광렌즈(20)도 상기 콜리메이터 렌즈와 동일하게, 예를 들면 수지 또는 광학유리를 몰드성형함으로써 형성된다.

이렇게 구성된 섬유 어레이 광원(112)에서는, 합파 레이저광원을 구성하는 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각각으로부터 발산광 상태로 출사된 레이저빔(B1, B2, B3, B4, B5, B6 및 B7)의 각각은 대응하는 콜리메이터 렌즈(11∼17)에 의해 평행광화된다. 평행광화된 레이저빔(B1∼B7)은 광원 집광렌즈(20)에 의해 집광되어 다중모드 광섬유(30)의 코어(30a)의 입사단면에 수렴한다.

콜리메이터 렌즈(11∼17) 및 광원 집광렌즈(20)에 의해 광원 집광광학계가 구성되고, 상기 광원 집광광학계와 다중모드 광섬유(30)에 의해 합파광학계가 구성되어 있다.

즉, 광원 집광렌즈(20)에 의해 상술한 바와 같이 집광된 레이저빔(B1∼B7)이 다중모드 광섬유(30)의 코어(30a)에 입사하여 광섬유 내를 전파하고, 1개의 레이저빔(B)에 합파되어서, 다중모드 광섬유(30)의 출사단부에 결합된 광섬유(31)로부터 출사된다.

각 레이저 모듈에 있어서, 레이저빔(B1∼B7)의 다중모드 광섬유(30)로의 결합효율이 0.85이고, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각 출력이 30mW인 경우(단일모드 레이저를 사용하는 경우)에는, 어레이상으로 배열된 광섬유(31)의 각각에 대해서 출력 180mW(=30mW×0.85×7)의 합파 레이저빔(B)을 얻을 수 있다. 따라서, 25개의 광섬유(31)가 어레이상으로 배열된 레이저 출사부(68)에서의 출력은 약 4.5W (=180mW×25)이다.

섬유 어레이 광원(112)의 레이저 출사부(68)에는, 이와 같이 고휘도의 발광점이 주주사 방향에 따라 배열되어 있다. 단일의 반도체 레이저로부터의 레이저광을 1개의 광섬유에 결합시키는 종래의 섬유 광원은 저출력이므로, 다수열 배열하지 않으면 소망의 출력을 얻을 수 없었지만, 본 실시형태에서 사용하는 합파 레이저광원은 고출력이므로 소수열, 예를 들면 1열이어도 소망의 출력을 얻을 수 있다.

예를 들면, 반도체 레이저와 광섬유를 1 대 1로 결합시킨 종래의 섬유 광원에서는, 통상 반도체 레이저로서는 출력 30mW(밀리와트) 정도의 레이저가 사용되고, 광섬유로서는 코어 직경 50㎛, 클래드 직경 125㎛, NA(개구수) 0.2의 다중모드 광섬유가 사용될 수 있어, 약 4.5W(와트)의 출력을 얻으려고 하면, 다중모드 광섬유를 225개(15×15) 묶지 않으면 안되어, 발광영역의 면적은 3.6mm²(1.9mm×1.9mm)이므로, 레이저 출사부(68)에서의 휘도는 1.25(W/mm²), 광섬유 1개당 휘도는 10(W/mm²)이다.

이에 반하여, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이 다중모드 광섬유 25개로 약 4.5W의 출력을 얻을 수 있고, 레이저 출사부(68)에서의 발광영역의 면적은 0.2mm²(0.18mm×1.13mm)이므로, 레이저 출사부(68)에서의 휘도는 22.5(W/mm²)이 되어, 종래에 비해서 약 18배의 고휘도화를 도모할 수 있다. 또한, 광섬유 1개당의 휘도는 90(W/mm²)이어서, 종래에 비해서 약 9배의 고휘도화를 도모할 수 있다.

상기 합파 레이저광원을 구성하는 반도체 레이저로서는 400nm 근방의 발진파장을 갖는 청색 레이저가 바람직하다. 청색 레이저를 사용하는 것이 마이크로렌즈 어레이(128)의 각 마이크로렌즈(132)의 집광빔을 모을 수 있다.

-광분포 보정수단을 갖는 집광광학계-

제 1 실시형태인 본 실시형태의 노광헤드(100)에서는, 상술한 집광광학계(114)는 로드 인테그레이터(118)가 구비한 광량분포 보정기능과는 별도로 DMD(50)에 의해 변조된 노광빔의 노광면에서의 광량분포를 보다 높은 정밀도로 균일하게 보정하기 위해서, DMD(50)에 조사하는 레이저광의 조사영역 내에서의 광량에 소정의 분포를 갖게 하는 기능, 상세하게는 섬유 어레이 광원(112)으로부터 입사되는 레이저광에 대하여 주광선의 각도에 소정의 분포를 갖게 한 레이저광을 출사하여 DMD(50)에 조사하는 기능을 구비하고 있다.

여기에서, 이 주광선의 각도에 분포를 갖는 레이저광을 DMD(50)에 조사하는 예를 도 9을 사용하여 설명한다. 한편, 주광선(principal ray/chief ray)이란, 광학계에서 물체공간에서의 입사동(또는 개구 조리개)의 중심을 통과하는 광선(개구 조리개를 최소한으로 해도 비네팅 없이 존재하는 광선), 광의로는 경사광선속의 중심의 광선이고, 여기에서는 후자의 의미로 사용한다.

도 9a는 DMD(50) 상에 조사되는 레이저광의 주광선의 경사를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 9a에 나타낸 바와 같이, DMD(50) 상의 특정한 위치 P에 조사되는 레이저광(LB)에 있어서, 레이저광(LB)의 주광선이 마이너스(-)측으로 경사진 경우에는, 화살표 -PR로 나타내었듯이 주광선은 레이저광의 광축(광축중심) X에 근접한 방향으로 경사지고, 플러스(+)측으로 경사진 경우에는 화살표 +PR로 나타내었듯이 레이저광의 광축 X로부터 멀어지는 방향으로 경사진다.

도 9b는 본 실시형태의 집광광학계(114)로부터 출사된 레이저광이 DMD(50) 상의 조명영역에 광축중심으로부터의 거리에 따라서 주광선의 각도에 분포를 갖는 상태로 조사되는 예를 나타낸 도면이다. 도 9b에 나타낸 바와 같이, DMD(50) 상의 조명 영역(레이저광 조사영역)에 조사되는 레이저광의 주광선 각도의 분포는 레이저광의 광축중심에서는 주광선이 경사지지 않고 광축과 평행해서, 광축중심으로부터 조명영역의 주변부로 감에 따라 주광선이 +측으로 서서히 경사짐과 아울러 그 경사각도가 서서히 커져서, 소정거리 YA에 이르면 주광선의 +측으로의 경사각도가 최대가 되고(최대경사각도 A), 소정거리 YA를 지나면 주광선의 +측으로의 경사각도가 서서히 작아져서, 조명영역의 주변단부에 이르면 광축중심과 같이 주광선의 경사가 없어지는 분포로 되어 있다.

레이저광의 주광선의 각도에 이러한 분포를 갖게 함으로써, DMD(50) 상의 조명영역에는 광축중심에 비해서 주변부의 광밀도가 높아지고, 즉 광축중심에 비해서 주변부의 광휘도가 높아진 레이저광이 조사된다.

한편, 레이저광의 주광선 각도에 상술한 분포를 갖게 하는 경우에는, 주광선의 최대경사각도 A에 의해 결정되는 분포량의 크기는 주변부에서의 광량 저하량 이상으로, 또한 노광면에서 요구되는 노광빔의 텔레센트릭성(주광선과 광축의 평행도)을 만족하는 양 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 노광헤드(100)의 경우, 노광면에서의 노광빔의 주변부의 광량저하는 주로 DMD(50)의 광반사측에 배치된 투영광학계의 마이크로렌즈 어레이(128)(도 1 참조)에 의해 야기되므로, 상기의 분포량의 크기를, 예를 들면 이 마이크로렌즈 어레이(128)에 의해 생기는 주변부의 광량 저하량 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 소정거리 YA에 대해서는, 이 주변부의 광량 저하량 및 광량 저하영역(광량을 보정하는 영역)에 따라서 적당히 설정할 수 있지만, 도 9b에 나타낸 예에서는 광축중심으로부터 조명영역의 주변단부(DMD(50)의 외주단부)까지의 거리를 YS라고 하면, YS>YA>YS/2로 설정되어 있다.

<노광장치의 동작>

상기 노광장치의 동작에 대해서 설명한다.

이 노광장치에서는, 도시하지 않은 제어기에 화상 데이터가 입력되면, 제어기는 입력된 화상 데이터에 근거하여 노광헤드(100)에 설치된 DMD(50)의 각 마이크로미러(62)를 구동제어하는 제어신호를 생성하고, 생성한 제어신호에 근거해서 DMD(50)의 각 마이크로미러(62)의 반사면의 각도를 제어한다.

섬유 어레이 광원(112)으로부터 집광광학계(114)을 통해 DMD(50)에 조사된 조명광(레이저광)은 각 마이크로미러(62)의 반사면의 각도에 따라서 소정방향으로 반사되어 변조되어, 변조된 광빔이 렌즈계(126)에 의해 확대되어 마이크로렌즈 어레이(128)에 설치된 마이크로렌즈(132)의 각각에 입사되어 집광된다. 그리고, 이 집광된 광빔은 대물렌즈계(130)에 의해 감광재료(134)의 노광면 상에 결상되고, 이와 같이 하여, 섬유 어레이 광원(112)으로부터 조사된 레이저광이 화소마다 온오프(변조)되어 감광재료(134)가 DMD(36)의 사용화소수와 거의 동수의 화소단위(노광영역)에서 노광된다.

통상은, 이 광빔의 광량(광강도)분포는 렌즈계의 요인에 의해 광축의 중심부에 비해서 주변부가 저하해 버리지만, 본 실시형태의 노광헤드(100)에는 섬유 어레이 광원(112)으로부터 출사된 레이저광의 광량분포를 균일화해서 DMD(50)에 조사하기 위해서, DMD(50)의 광입사측의 광로 상에 배치된 집광광학계(114)에 로드 인테그레이터(118)가 설치되어 있다.

단, 이 로드 인테그레이터(118)에 의해서도, 본 실시형태와 같이 각 묘화단위를 마이크로렌즈 어레이(128)에 의해 집광하는 계에서는, 광축중심부에 대한 주변부의 광강도 저하가 현저하게 되고, 보다 높은 정밀도로 화상노광을 행하는 경우에 광량분포를 요구 정밀도까지 보정하는 것이 어렵다. 이 광량분포의 보정 정밀도를 높이기 위해서 로드 인테그레이터(118)를 장척화하는 것도 고려되지만, 로드 인테그레이터(118)는 대단히 고가인 광학부품이므로, 장치 비용이 상승하고 또한 노광헤드(100)가 대형화된다고 하는 단점이 있다.

이에 반하여, 본 실시형태의 노광헤드(100)에서는, 상술한 바와 같이 섬유 어레이 광원(112)으로부터 집광광학계(114)로 입사된 레이저광이, 도 10 중의 (1)에 나타낸 바와 같이, 주광선의 각도에 분포를 가져 광축중심에 비해서 주변부의 광휘도를 높힌 레이저광으로 하여 집광광학계(114)로부터 출사되어 DMD(50)에 조사되므로, DMD(50)의 레이저광 조사영역에 있어서 광량분포는 도 10중의 (2)에 나타낸 바와 같이 광축중심에 비해서 주변부의 광량이 높아진다. 이 때문에, DMD(50)에 의해 화소마다 변조된 광빔이, 도 10 중의 (3)에 나타낸 바와 같이 광축중심으로부터 주변부로 감에 따라서 광의 투과량을 저하시키는 특성을 갖는 마이크로렌즈 어레이(128)를 투과해서 감광재료(134)의 노광면에 조사되면, 도 10 중의 (4)에 나타낸 바와 같이 노광면에서의 광빔의 광량분포는 균일하게 되도록 보정된다.

이상 설명한 대로, 제 1 실시형태의 노광장치에서는, 2차원적으로 분포된 복수의 화소부에 있어서, 각 묘화단위의 광량이 균일하게 되도록 보정되어 고정밀도한 화상노광을 행할 수 있다.

또한, 광량분포에 따라서 DMD(50)의 각 마이크로미러(62)의 구동 타이밍을 변화시키도록 구동제어하는 기술을 조합시켜서 사용하는 경우에도, 각 묘화단위의 광량이 균일해지도록 미리 보정되어 있으므로, DMD(50)의 구동제어부에 걸리는 부하가 경감되어 처리속도에의 영향이 저감되고, 또한 전기적 회로구성이나 처리 소프트웨어를 간소화할 수 있으므로 비용을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 사용하는 광학계(집광광학계(114))로 이루어진 광량분포 보정수단이면, 상술한 광량분포를 보정하는 수단을 간소하고 저렴한 구성에 의 해 실현할 수 있다.

[제 2 실시형태]

제 2 실시형태는, 상술한 제 1 실시형태에 관한 노광장치의 노광헤드(100)에 있어서, 집광광학계(114)에 상기 광분포 보정수단으로서 비구면 렌즈를 갖는 텔레센트릭 광학계를 설치함으로써, 제 1 실시형태와 동일하게 노광면에서의 광빔의 광량분포를 균일화하는 기술이다.

상기 제 2 실시형태에 관한 노광헤드에서는, 예를 들면 집광광학계(114)에 상기 광분포 보정수단으로서, 도 11a에 나타낸 바와 같이 2매가 1조인 평볼록렌즈(152, 154)에 의해 구성된 텔레센트릭 광학계(150)가 설치되어 있어, 이 텔레센트릭 광학계(150)는, 예를 들면 로드 인테그레이터(118)와 집광렌즈(120)의 사이에 배치되어 있다.

평볼록렌즈(152, 154)는 볼록면측이 비구면상으로 형성된 비구면 렌즈로 되어 있어, 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈 파워가 작아지는(평행입사빔을 집광하는 볼록렌즈와 같은) 비구면형상을 갖는 제 1 광학렌즈 및 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈 파워가 커지는(평행입사빔을 발산시키는 오목렌즈와 같은) 비구면상을 갖는 제 2 광학렌즈의 조합이다.

레이저광의 입사측(섬유 어레이 광원(112)측)에 배치된 평볼록렌즈(152)는 입사면 S2의 면형상이, 곡률반경이 광축(광축중심) X로부터 벗어남에 따라 커지는 비구면, 다시 말하면 곡률이 광축 X로부터 벗어남에 따라 작아지는 비구면으로 되어 있고, 출사면 S3이 평면상으로 되어 있다.

또한, 레이저광의 출사측(DMD(50)측)에 배치된 평볼록렌즈(154)는 입사면 S4이 평면상으로 되어 있고, 출사면 S5의 면형상이, 곡률반경이 광축 X로부터 벗어남에 따라 작아지는 비구면, 환언하면 곡률이 광축 X로부터 벗어남에 따라 커지는 비구면으로 되어 있다.

이하, 표 1에 본 실시형태에 관한 텔레센트릭 광학계(150)의 렌즈 데이터의 일례를 나타내고, 표 2에 본 실시형태에 관한 입사면 S2 및 출사면 S5의 비구면 데이터의 일례를 나타낸다.

또한, 상기의 비구면 데이터는 비구면상을 나타내는 하기 식(1)에서의 계수로 표시된다.

식(1)

상기 식(1)에 있어서 각 계수를 이하와 같이 정의한다.

Z: 광축으로부터 높이 h의 위치에 있는 비구면상의 점으로부터 비구면의 정 점의 접평면(광축에 수직한 평면)으로 내린 수선의 길이(mm)

h: 광축으로부터의 거리(mm)(h²=x²+y²)

R: 곡률반경(곡률:1/R)

A: 비구면 데이터

이상의 구성에 의해, 제 2 실시형태의 노광장치에서는, 도 11a에 나타낸 바와 같이 평볼록렌즈(152)로부터 출사된 레이저광(LB2)에서는 광축 X로부터 멀어짐에 따라 초점거리가 길어진다. 따라서, 레이저광(LB2)이 평볼록렌즈(154)의 입사면 S4에 도달한 경우에는, 평볼록렌즈(152)의 주변부를 통과한 광에 비해서 중앙부근을 통과한 광이 광축 X로부터 멀어지는 경향이 강해진다. 이것에 의해, 렌즈의 중앙부근보다도 주변부가 광휘도가 높아진다. 또한, 평볼록렌즈(154)는 평볼록렌즈(152)와 반대로 광축 X로부터 멀어짐에 따라 초점거리가 짧아지므로, 이들의 2매의 평볼록렌즈(152, 154)를 조합시키면 텔레센트릭한 광학계를 조합할 수 있다.

이것에 의해, 이 평볼록렌즈(152, 154)를 갖는 텔레센트릭 광학계(150)로부터 평행화되어 출사된 레이저광(LB3)의 광량분포는 광축중심에 대하여 주변부의 분포밀도가 높아져서, 이 레이저광(LB3)이 조사된 DMD(50)에서는 레이저광 조사영역의 중심부(광축중심)보다도 주변부의 광량이 증가한다.

도 11b에는 비구면 렌즈계로 한 본 실시형태의 텔레센트릭 광학계(150)의 베이스가 되는 구면렌즈계의 텔레센트릭 광학계(160)의 광선도를 나타낸다.

이 텔레센트릭 광학계(160)에서는, 레이저광(LB1)의 입사측에 배치된 평볼록렌즈(162)의 입사면 S2'이 구면으로 되어 있고, 레이저광(LB3')의 출사측에 배치된 평볼록렌즈(164)의 출사면 S5'가 구면으로 되어 있어, 따라서 이 텔레센트릭 광학계(160)에서는 출사면 S5'으로부터 출사된 레이저광(LB3')의 광량분포는 도 11b에 나타낸 바와 같이 광축중심으로부터 주변부에 걸쳐서 거의 균등한 분포가 된다.

이와 같이, 제 2 실시형태의 비구면 렌즈계(텔레센트릭 광학계(150))에서는, 상기의 구면 렌즈계(텔레센트릭 광학계(160))를 사용한 경우의 광량분포와의 비교로부터도 알 수 있듯이, 출사된 레이저광의 광량분포는 광축중심에 대하여 주변부의 분포밀도가 높아져서 광축중심에서도 주변부의 광량이 증가된다.

따라서, 제 1 실시형태와 동일하게 DMD(50)에 의해 변조된 광빔이 마이크로렌즈 어레이(128)를 투과함으로써, 광축중심부에 대한 주변부의 광량저하를 일으켜도 노광면에는 광량분포가 균일해지도록 보정된 광빔이 조사되어, 이 텔레센트릭 광학계(150)를 구비한 노광장치에 의해서도 고정밀도한 화상노광을 행할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 텔레센트릭 광학계(150)로부터 출사된 레이저광은 텔레센트릭광으로서 출사되어 DMD(50)에 조사되므로, DMD(50)에 조사되는 레이저광의 텔레센트릭성과 DMD(50)에 의해 변조된 광빔의 노광면에서의 광량분포의 균일성의 양립을 도모할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태와 동일하게 제 2 실시형태도 2매로 1조인 평볼록렌즈(152, 154)(텔레센트릭 광학계)를 갖는 집광광학계로 이루어진 광량분포 보정수단이면, 상술한 광량분포를 보정하는 수단을 간소한 구성에 의해 실현할 수 있다.

또한, 제 2 실시형태에서는 텔레센트릭 광학계(150)를 사용하여 레이저광의 주변부의 광량을 증가시킴으로써, 노광에 있어서의 광이용 효율의 저하가 억제된다. 이것에 의해, 섬유 어레이 광원(112)으로부터 출사되는 레이저광의 출력을 저하시키는 것도 가능하게 되므로, 섬유 어레이 광원(112)의 장수명화나 고휘도광에 의한 광학계의 오염/열화의 억제를 도모할 수도 있다. 또한, 섬유 어레이 광원(112)이나 광학계의 보수 횟수를 감소시키는 것도 가능해 져서, 노광장치의 보수 비용을 저감할 수도 있다.

이상, 제 1 및 제 2 실시형태에 의해 노광공정을 상세히 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다른 여러가지 형태가 실시가능하다.

예를 들면, 상기 노광장치로는 상기 광변조 수단으로서 공간 변조 소자인 DMD를 구비한 노광헤드에 대해서 설명했지만, 이러한 반사형 공간 광변조 소자 이외에 투과형 공간 광변조 소자(LCD)를 사용할 수도 있다. 예를 들면, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)형의 공간 광변조 소자(SLM; Special Light Modulator), 전기 광학 효과에 의해 투과광을 변조하는 광학소자(PLZT 소자), 액정광 셔터(FLC) 등의 액정 셔터 어레이 등, MEMS형 이외의 공간 광변조 소자를 사용하는 것도 가능하다. 한편, MEMS란, IC 제조 프로세스를 기반으로 한 마이크로 기계가공 기술에 의한 마이크로 사이즈의 센서, 액츄에이터, 그리고 제어회로를 집적화한 미세 시스템의 총칭이고, MEMS형의 공간 광변조 소자란, 정상기력을 이용한 전기 기계동작에 의해 구동되는 공간 광변조 소자를 의미한다. 또한, Grating Light Valve(GLV)을 복수개 나열하여 2차원상으로 구성한 것을 사용할 수도 있다.

이들의 반사형 공간 광변조 소자(GLV)나 투과형 공간 광변조 소자(LCD)를 사용하는 구성에서는, 상기한 레이저 광원 이외에 램프 등도 광원으로서 사용가능하다.

또한, 상기 광변조 수단으로서는 합파 레이저광원을 복수 구비한 섬유 어레이 광원, 1개의 발광점을 갖는 단일의 반도체 레이저로부터 입사된 레이저광을 출사하는 1개의 광섬유를 구비한 섬유광원을 어레이화한 섬유 어레이 광원, 복수의 발광점이 2차원상으로 배열된 광원(예를 들면, LD어레이, 유기EL 어레이 등) 등이 적용가능하다.

<적층체>

상기 노광의 대상으로는, 지지체 상에 감광층을 갖는 패턴형성재료에 있어서 상기 감광층을 피처리 기체 상에 적층해서 이루어진 적층체에서의 감광층인한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있다. 상기 적층체로서는, 예를 들면 상기 패턴형성재료에 있어서 감광층 이외의 다른 층이 적층되어 이루어진 것이어도 좋다.

<패턴형성재료>

상기 패턴형성재료로서는, 지지체 상에 감광층을 갖는 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있다.

상기 감광층으로서는 특별히 제한은 없고, 공지의 패턴형성재료 중에서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 바인더, 중합성 화합물 및 광중합 개시제를 함유하고, 적당히 선택한 그 밖의 성분을 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 감광층의 적층수로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있고, 예를 들면 1층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.

<<바인더>>

상기 바인더로서는, 예를 들면 알카리성 수용액에 대하여 팽윤성인 것이 바람직하고, 알카리성 수용액에 대하여 가용성인 것이 보다 바람직하다.

알카리성 수용액에 대하여 팽윤성 또는 용해성을 나타내는 바인더로서는, 예를 들면 산성기를 갖는 것이 바람직하게 열거된다.

상기 산성기로서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있고, 예를 들면 카르복실기, 술폰산기, 인산기 등이 열거되고, 이들 중에서 카르복실기가 바람직하다.

카르복실기를 갖는 바인더로서는, 예를 들면 카르복실기를 갖는 비닐 공중합체, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드산 수지, 변성 에폭시 수지 등이 열거되고, 이들 중에서도 도포용매로의 용해성, 알칼리 현상액으로의 용해성, 합성 적성, 막물성의 조정의 용이성 등의 관점에서 카르복실기를 갖는 비닐 공중합체가 바람직하다. 또한, 현상성의 관점에서 스티렌 및 스티렌 유도체 중 적어도 어느 하나의 공중합체도 바람직하다.

상기 카르복실기를 갖는 비닐 공중합체는, 적어도 (1)카르복실기를 갖는 비닐 모노머 및 (2)이들과 공중합 가능한 모노머의 공중합에 의해 얻을 수 있다. 이들의 모노머로서는, 구체적으로는 예를 들면, 일본특허공개 2005-258431호 공보의 단락번호[0164]∼[0205]에 기재되어 있는 화합물 등이 열거된다.

상기 감광층에 있어서의 상기 바인더의 함유량은 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 10∼90질량%가 바람직하고, 20∼80질량%가 보다 바람직하고, 40∼80질량%가 특히 바람직하다.

상기 함유량이 10질량% 미만이면 알칼리 현상성이나 프린트배선판 형성용 기판(예를 들면, 동장적층판)과의 밀착성이 저하하는 경우가 있고, 90질량%를 초과하면 현상시간에 대한 안정성이나 경화막(텐트막)의 강도가 저하하는 경우가 있다. 한편, 상기 함유량은 상기 바인더와 필요에 따라서 병용되는 고분자 결합제와의 합계의 함유량이어도 좋다.

상기 바인더가 유리전이온도(Tg)를 갖는 물질인 경우, 상기 유리전이온도로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 상기 패턴형성재료의 택(tack) 및 에지 퓨전(edge fusion)의 억제, 및 상기 지지체의 박리성 향상 중 적어도 어느 하나의 관점에서 80℃ 이상이 바람직하고, 100℃ 이상이 보다 바람직하고, 120℃ 이상이 특히 바람직하다.

상기 유리전이온도가 80℃ 미만이면, 상기 패턴형성재료의 택이나 에지 퓨전이 증가하거나, 상기 지지체의 박리성이 악화되는 경우가 있다.

상기 바인더의 산가는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 70∼250mgKOH/g이 바람직하고, 90∼200mgKOH/g이 보다 바람직하고, 100∼180mgKOH/g이 특히 바람직하다.

상기 산가가 70mgKOH/g 미만이면 현상성이 부족하게 되거나 해상성이 열화되어, 배선패턴 등의 영구패턴을 고정밀하게 얻을 수 없는 경우가 있고, 250mgKOH/g을 초과하면 패턴의 내현상액성 및 밀착성 중 적어도 어느 하나가 악화되어, 배선패턴 등의 영구패턴을 고정밀하게 얻을 수 없는 경우가 있다.

<<중합성 화합물>>

상기 중합성 화합물로서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 우레탄기 및 아릴기 중 적어도 어느 하나를 갖는 모노머 또는 올리고머가 바람직하게 열거된다. 또한, 이들은 중합성기를 2종 이상 갖는 것이 바람직하다.

상기 중합성기로서는, 예를 들면 에틸렌성 불포화결합(예를 들면, (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴아미드기, 스티릴기, 비닐에스테르나 비닐에테르 등의 비닐기, 알릴에테르나 알릴에스테르 등의 알릴기 등), 중합가능한 환상 에테르기(예를 들면, 에폭시기, 옥세탄기 등) 등이 열거되고, 이들 중에서도 에틸렌성 불포화결합이 바람직하다.

--우레탄기를 갖는 모노머--

상기 우레탄기를 갖는 모노머로서는 우레탄기를 갖는 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 일본특허공개 2005-258431호 공보의 단락번호[0210]∼[0262]에 기재되어 있는 화합물 등이 열거된다.

--아릴기를 갖는 모노머--

상기 아릴기를 갖는 모노머로서는 아릴기를 갖는 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 아릴기를 갖는 다가 알콜 화합물, 다가 아민 화합물 및 다가 아미노 알콜 화합물 중 적어도 어느 하나와 불포화 카르복시산의 에스테르 또는 아미드 등이 열거된다.

구체적으로는, 예를 들면 일본특허공개 2005-258431호 공보의 단락번호[0264]∼[0271]에 기재되어 있는 화합물 등이 열거된다.

-그 밖의 중합성 모노머-

본 발명의 패턴형성방법에서는, 상기 패턴형성재료로서의 특성을 악화시키지 않는 범위에서 상기 우레탄기를 함유하는 모노머, 아릴기를 갖는 모노머 이외의 중합성 모노머를 병용해도 좋다.

상기 우레탄기를 함유하는 모노머, 방향환을 함유하는 모노머 이외의 중합성 모노머로서는, 예를 들면 불포화 카르복시산(예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등)과 지방족 다가 알콜 화합물의 에스테르, 불포화 카르복시산과 다가 아민 화합물의 아미드 등이 열거된다.

구체적으로는, 예를 들면 일본특허공개 2005-258431호 공보의 단락번호[0273]∼[0284]에 기재되어 있는 화합물 등이 열거된다.

상기 감광층에 있어서의 중합성 화합물의 함유량은, 예를 들면 5∼90질량%가 바람직하고, 15∼60질량%가 보다 바람직하고, 20∼50질량%가 특히 바람직하다.

상기 함유량이 5질량%로 되면, 텐트막의 강도가 저하되는 경우가 있고, 90질량%를 초과하면 보존시의 에지 퓨전(롤 단부로부터 스며나오는 고장)이 악화되는 경우가 있다.

또한, 중합성 화합물 중에 상기 중합성기를 2개 이상 갖는 다관능 모노머의 함유량은 5∼100질량%가 바람직하고, 20∼100질량%가 보다 바람직하고, 40∼100질량%가 특히 바람직하다.

<<광중합 개시제>>

상기 광중합 개시제로서는, 상기 중합성 화합물의 중합을 개시하는 능력을 갖는 한 특별히 제한은 없고, 공지의 광중합 개시제 중에서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 자외선영역으로부터 가시의 광선에 대하여 감광성을 갖는 것이 바람직하고, 광여기된 증감제와 어떤 작용을 발생시켜서 활성 라디컬을 생성하는 활성제이어도 좋고, 모노머의 종류에 따라서 양이온 중합을 개시시키는 개시제이어도 좋다.

또한, 상기 광중합 개시제는 파장 약 300∼800nm의 범위 내에 적어도 약 50의 분자흡광계수를 갖는 성분을 적어도 1종 함유하고 있는 것이 바람직하다. 상기 파장은 330∼500nm이 특히 바람직하다.

상기 광중합 개시제로서는, 예를 들면 할로겐화 탄화수소 유도체(예를 들면, 트리아진 골격을 갖는 것, 옥사디아졸 골격을 갖는 것 등), 헥사아릴비이미다졸, 옥심 유도체, 유기과산화물, 티오 화합물, 케톤 화합물, 방향족 오늄염, 메타로센류 등이 열거된다. 이들 중에서도 감광층의 감도, 보존성 및 감광층과 프린트배선판 형성용 기판과의 밀착성 등의 관점에서, 트리아진 골격을 갖는 할로겐화 탄화수소, 옥심 유도체, 케톤 화합물, 헥사아릴비이미다졸계 화합물이 바람직하다.

상기 바람직한 광중합 개시제로서는, 구체적으로는 예를 들면, 일본특허공개 2005-258431호 공보의 단락번호[0288]∼[0309]에 기재되어 있는 화합물 등이 열거된다.

상기 감광층에 있어서의 광중합 개시제의 함유량은 0.1∼30질량%가 바람직하고, 0.5∼20질량%가 보다 바람직하고, 0.5∼15질량%가 특히 바람직하다.

<<그 밖의 성분>>

상기 기타의 성분으로서는, 예를 들면 일본특허공개 2005-258431호 공보의 단락번호[0312]∼[0336]에 기재되어 있는 화합물 등이 열거된다. 이들의 성분을 적당히 함유시킴으로써 목적하는 패턴형성재료의 안정성, 사진성, 인화성, 막물성 등의 성질을 조정할 수 있다.

상기 감광층의 두께는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 1∼100㎛이 바람직하고, 2∼50㎛이 보다 바람직하고, 4∼30㎛이 특히 바람직하다.

[패턴형성재료의 제조]

상기 패턴형성재료는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.

우선, 상술의 각종 재료를 물 또는 용제에 용해, 유화 또는 분산시켜서 감광성 수지 조성물 용액을 제조한다.

상기 감광성 수지 조성물 용액의 용제로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있고, 예를 들면 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, n-헥산올 등의 알콜류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논, 디이소부틸케톤 등의 케톤류; 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세트산-n-아밀, 황산 메틸, 프로피온산 에틸, 프탈산 디메틸, 안식향산 에틸 및 메톡시프로필아세테이트 등의 에스테르류; 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 에틸벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 사염화탄소, 트리클로로에틸렌, 클로로포름, 1,1,1-트리클로로에탄, 염화메틸렌, 모노클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; 테트라히드로푸란, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 1-메톡시-2-프로판올 등의 에테르류; 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸술포옥시드, 술포란 등이 열거된다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다. 또한, 공지의 계면활성제를 첨가해도 좋다.

그 다음, 상기 감광성 수지 조성물 용액을 지지체 상에 도포하고 건조시킴으로써 감광층을 형성하고, 패턴형성재료를 제조할 수 있다.

상기 감광성 수지 조성물 용액의 도포방법으로서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 스프레이법, 롤코팅법, 회전도포법, 슬릿코트법, 익스트루젼코팅법, 커튼코팅법, 다이코팅법, 그라비어코팅법, 와이어바코팅법, 나이프코팅법 등의 각종 도포방법이 열거된다.

상기 건조의 조건으로서는 각 성분, 용매의 종류, 사용비율 등에 따라서 다르지만, 통상 60∼110℃의 온도에서 30초간∼15분간 정도이다.

<<지지체>>

상기 지지체로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 상기 감광층을 박리가능하고 또한 광의 투과성이 양호한 것이 바람직하고, 또한 표면의 평활성이 양호한 것이 보다 바람직하다.

상기 지지체는 합성수지제이고 또한 투명한 것이 바람직하고, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 트리아세트산 셀룰로오스, 디아세트산 셀룰로오스, 폴리(메타)아크릴산 알킬 에스테르, 폴리(메타)아크릴산 에스테르 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리비닐알콜, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 셀로판, 폴리염화비닐리덴 공중합체, 폴리아미드, 폴리이미드, 염화 비닐·아세트산 비닐 공중합체, 폴리테트라플로로에틸렌, 폴리트리플로로에틸렌, 셀룰로오스계 필름, 나일론 필름 등의 각종 플라스틱 필름이 열거되고, 이들 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트가 특히 바람직하다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

상기 지지체의 두께는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 2∼150㎛이 바람직하고, 5∼100㎛이 보다 바람직하고, 8∼50㎛이 특히 바람직하다.

상기 지지체의 형상은 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 장척상이 바람직하다. 상기 장척상의 지지체의 길이는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 10∼20,000m의 길이의 것이 열거된다.

<<보호필름>>

상기 패턴형성재료는 상기 감광층 상에 보호필름을 형성해도 좋다.

상기 보호필름으로서는, 예를 들면 상기 지지체에 사용되는 것, 종이, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이 라미네이트된 종이 등이 열거되고, 이들 중에서도 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름이 바람직하다.

상기 보호필름의 두께는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 5∼100㎛이 바람직하고, 8∼50㎛이 보다 바람직하고, 10∼30㎛이 특히 바람직하다.

상기 보호필름을 사용하는 경우, 상기 감광층 및 상기 지지체의 접착력 A와 상기 감광층 및 보호필름 접착력 B가 접착력 A > 접착력 B의 관계인 것이 바람직하다.

상기 지지체와 보호필름의 조합(지지체/보호필름)으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리에틸렌, 폴리염화비닐/셀로판, 폴리이미드/폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리에틸렌테레프탈레이트 등이 열거된다. 또한, 지지체 및 보호필름 중 적어도 어느 하나를 표면처리함으로써, 상술한 바와 같은 접착력의 관계를 만족시킬 수 있다. 상기 지지체의 표면처리는 상기 감광층과의 접착력을 높이기 위해서 행해도 좋고, 예를 들면 하도층의 도설(塗設), 코로나 방전처리, 화염처리, 자외선 조사처리, 고주파 조사처리, 글로우방전 조사처리, 활성 플라즈마 조사처리, 레이저 광선 조사처리 등을 열거할 수 있다.

또한, 상기 지지체와 상기 보호필름의 정마찰계수는 0.3∼1.4이 바람직하고, 0.5∼1.2이 보다 바람직하다.

상기 정마찰계수가 0.3 미만이면 지나치게 매끄럽기 때문에 롤상으로 한 경우에 권취 어긋남이 발생하는 경우가 있고, 1.4를 초과하면 양호한 롤상으로 권취하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.

상기 패턴형성재료는, 예를 들면 원통상의 권심(卷芯)에 권취하고, 장척(長尺)상으로 롤상으로 권취하여 보관하는 것이 바람직하다. 상기 장척상의 패턴형성재료의 길이는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 10∼20,000m의 범위에서 적당히 선택할 수 있다. 또한, 사용자가 사용하기 쉽도록 슬릿가공하여, 100∼1,000m의 범위의 장척체를 롤상으로 해도 좋다. 한편, 이 경우에는 상기 지지체가 가장 외측으로 되도록 권취하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 롤상의 패턴형성재료를 시트상으로 슬릿해도 좋다. 보관의 경우, 단면의 보호, 에지 퓨전을 방지하는 관점에서 단면에는 세퍼레이터(특히 방습성의 것, 건조제가 들어간 것)를 설치하는 것이 바람직하고, 또한 포장도 투습성이 낮은 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 보호필름은 상기 보호필름과 상기 감광층의 접착성을 조정하기 위해서 표면처리해도 좋다. 상기 표면처리는, 예를 들면 상기 보호필름의 표면에 폴리오르가노실록산, 불소화 폴리올레핀, 폴리플루오로에틸렌, 폴리비닐알콜 등의 폴리머로 이루어진 하도층을 형성시킨다. 상기 하도층의 형성은 상기 폴리머의 도포액을 상기 보호필름의 표면에 도포한 후, 30∼150℃(특히 50∼120℃)에서 1∼30분간 건조시킴으로써 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 감광층, 상기 지지체, 상기 보호필름 이외에 박리층, 접착층, 광흡수층, 표면보호층 등의 층을 가져도 좋다.

<피처리 기체>

상기 피처리 기체(이하, 「기체」라고도 함)로서는 특별히 제한은 없고, 공지의 재료 중에서 표면평활성이 높은 것으로부터 요철이 있는 표면을 갖는 것까지 적당히 선택할 수 있지만, 판상의 기체(기판)가 바람직하고, 구체적으로는 공지의 프린트배선판 형성용 기판(예를 들면, 동장적층판), 유리판(예를 들면, 소다 유리판 등), 합성수지성 필름, 종이, 금속판 등이 열거된다.

상기 기체는 상기 기체 상에 상기 패턴형성재료에 있어서 감광층이 중첩되도록 하여 적층하여 이루어진 적층체를 형성하여 사용할 수 있다. 즉, 상기 적층체에 있어서 패턴형성재료의 상기 감광층에 대하여 노광함으로써, 노광한 영역을 경화시켜 후술하는 현상공정에 의해 패턴을 형성할 수 있다.

상기 패턴형성재료는 프린트배선판, 컬러필터나 주재(柱材), 리브재, 스페이서, 격벽 등의 디스플레이용 부재, 홀로그램, 마이크로 머신, 프루프 등 패턴형성용으로서 널리 사용할 수 있고, 특히 본 발명의 패턴형성방법에 바람직하게 사용할 수 있다.

[기타 공정]

상기 기타 공정으로서는 특별히 제한은 없고, 공지의 패턴형성에서의 공정 중에서 적당히 선택하는 것이 열거되지만, 예를 들면 현상공정, 에칭공정, 도금공정 등이 열거된다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

상기 현상공정은 상기 노광공정에 의해 상기 감광층을 노광하고, 상기 감광층의 노광한 영역을 경화시킨 후, 미경화 영역을 제거함으로써 현상하여 패턴을 형성하는 공정이다.

상기 미경화 영역의 제거방법으로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있고, 예를 들면 현상액을 사용하여 제거하는 방법 등이 열거된다.

상기 현상액으로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 알카리성 수용액, 수계현상액, 유기용제 등이 열거되고, 이들 중에서도 약알카리성의 수용액이 바람직하다. 상기 약알칼리 수용액의 염기성분으로서는, 예를 들면 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소리튬, 염화수소나트륨, 탄산수소칼륨, 인산나트륨, 인산칼륨, 피롤린산나트륨, 피롤린산칼륨, 붕사 등이 열거된다.

상기 약알카리성의 수용액의 pH는, 예를 들면 약 8∼12이 바람직하고, 약 9∼11이 보다 바람직하다. 상기 약알카리성의 수용액으로서는, 예를 들면 0.1∼5질량%의 탄산나트륨 수용액 또는 탄산칼륨 수용액 등이 열거된다.

상기 현상액의 온도는 상기 감광층의 현상성에 맞추어 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 약 25℃∼40℃가 바람직하다.

상기 현상액은 계면활성제, 소포제, 유기염기(예를 들면 에틸렌아민, 에탄올아민, 테트라메틸암모늄히드록시드, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌펜타민, 모르폴린, 트리에탄올아민 등), 현상을 촉진시키기 위한 유기용제(예를 들면 알콜류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 아미드류, 락톤류 등) 등과 병용해도 좋다. 또한, 상기 현상액은 물 또는 알칼리 수용액과 유기용제를 혼합한 수계현상액이어도 좋고, 유기용제 단독이어도 좋다.

상기 에칭 공정으로서는 공지의 에칭처리 방법 중에서 적당히 선택한 방법에 의해 행할 수 있다.

상기 에칭처리에 사용되는 에칭액으로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 상기 금속층이 구리로 형성되어 있는 경우에는 염화제2구리 용액, 염화제2철 용액, 알칼리 에칭용액, 과산화수소계 에칭액 등이 열거되고, 이들 중에서도 에칭 팩터의 점에서 염화제2철 용액이 바람직하다.

상기 에칭공정에 의해 에칭처리한 후에 상기 패턴을 제거함으로써, 상기 기체의 표면에 영구패턴을 형성할 수 있다.

상기 영구패턴으로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있고, 예를 들면 배선패턴 등이 바람직하게 열거된다.

상기 도금공정으로서는 공지의 도금처리 중에서 적당히 선택한 방법에 의해 행할 수 있다.

상기 도금처리로서는, 예를 들면 황산구리 도금, 피롤린산구리 도금 등의 구리 도금, 하이플로우 땜납도금 등의 땜납 도금, 와트욕(황산니켈-염화니켈) 도금, 술파민산 니켈 등의 니켈 도금, 경질금 도금, 연질금 도금 등의 금도금 등 처리가 열거된다.

상기 도금공정에 의해 도금처리한 후에 상기 패턴을 제거함으로써, 또한 필요에 따라서 불요부를 에칭처리 등으로 더 제거함으로써, 상기 기체의 표면에 영구패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 패턴형성방법은, 상기 패턴형성재료의 피노광면 상에 형성된 상기 패턴의 해상도의 불균일이나 농도의 얼룩을 경감하고, 결상시키는 상의 왜곡을 억제함으로써, 패턴을 고정밀하고 효율 좋게 형성가능하므로, 고정밀한 노광이 필요로 되는 각종 패턴의 형성 등에 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 고정밀한 배선패턴의 형성에 바람직하게 사용할 수 있다.

[프린트배선판의 제조방법]

본 발명의 패턴형성방법은 프린트배선판의 제조, 특히 스루홀 또는 비아홀 등의 홀부를 갖는 프린트배선판의 제조에 바람직하게 사용할 수 있다. 이하, 본 발명의 패턴형성방법을 이용한 프린트배선판의 제조방법에 대해서 설명한다.

특히, 스루홀 또는 비아홀 등의 홀부를 갖는 프린트배선판의 제조방법으로서는, (1)상기 기체로서 홀부를 갖는 프린트배선판 형성용 기판 상에 상기 패턴형성재료를 그 감광층이 상기 기체측으로 되는 위치 관계로 적층해서 적층체를 형성하고, (2)상기 적층체의 상기 기체와는 반대측으로부터 배선패턴 형성영역 및 홀부 형성영역에 광조사를 행하여 감광층을 경화시키고, (3)상기 적층체로부터 상기 패턴형성재료에 있어서 지지체를 제거하고, (4)상기 적층체에 있어서 감광층을 현상하고, 상기 적층체 중의 미경화 부분을 제거함으로써 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 상기 (3)에 있어서 상기 지지체의 제거는 상기 (2)와 상기 (4)의 사이에서 행하는 대신에, 상기 (1)과 상기 (2)의 사이에서 행해도 좋다.

그 후, 프린트배선판을 얻기 위해서는, 상기 형성한 패턴을 이용하여 상기 프린트배선판 형성용 기판을 에칭처리 또는 도금처리하는 방법(예를 들면, 공지의 서브트랙티브법 또는 어디티브법(예를 들면, 세미어디티브법, 풀어디티브법))에 의해 처리하면 좋다. 이들 중에서도, 공업적으로 유리한 텐팅(tenting)으로 프린트배선판을 형성하기 위해서는 상기 서브트랙티브법이 바람직하다. 상기 처리 후 프린트배선판 형성용 기판에 잔존하는 경화수지는 박리시키고, 또한 상기 세미어디티브법의 경우는 박리 후 구리박막부를 더 에칭함으로써, 소망의 프린트배선판을 제조할 수 있다. 또한, 다층 프린트배선판도 상기 프린트배선판의 제조법과 동일하게 제조가 가능하다.

다음으로, 상기 패턴형성재료를 사용한 스루홀을 갖는 프린트배선판의 제조방법에 대해서 더욱 설명한다.

우선 스루홀을 갖고 표면이 금속도금층으로 피복된 프린트배선판 형성용 기판을 준비한다. 상기 프린트배선판 형성용 기판으로서는, 예를 들면 동장적층기판 및 유리-에폭시 등의 절연기재에 구리도금층을 형성한 기판 또는 이들의 기판에 층간절연막을 적층하고 구리도금층을 형성한 기판(적층기판)을 사용할 수 있다.

그 다음, 상기 패턴형성재료 상에 보호필름을 갖는 경우에는, 상기 보호필름을 박리하고, 상기 패턴형성재료에 있어서 감광층이 상기 프린트배선판 형성용 기판의 표면에 접하도록하여 가압 롤러를 사용하여 압착한다(적층공정). 이것에 의해, 상기 프린트배선판 형성용 기판과 상기 적층체를 이 순서대로 갖는 적층체가 얻어진다. 상기 패턴형성재료의 적층온도는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 실온(15∼30℃) 또는 가열하(30∼180℃)가 열거되고, 이들 중에서도 가열하(60∼140℃)가 바람직하다.

상기 압착롤의 롤압은 특별히 제한은 없고, 예를 들면 0.1∼1MPa가 바람직하다.

상기 압착의 속도는 특별히 제한은 없고 1∼3m/분이 바람직하다.

또한, 상기 프린트배선판 형성용 기판을 예비가열해 두어도 좋고, 또한 감압하에서 적층해도 좋다.

상기 적층체의 형성은, 상기 프린트배선판 형성용 기판 상에 상기 패턴형성재료에 있어서의 상기 감광층을 적층하여 형성하는 방법 이외에, 상기 패턴형성재료의 감광층을 제조하기 위한 감광성 수지 조성물 용액을 상기 프린트배선판 형성용 기판의 표면에 직접 도포하여 건조시킴으로써 형성하는 방법이어도 좋다.

그 다음, 상기 적층체의 기체와는 반대측의 면으로부터 광을 조사해서 감광층을 경화시킨다. 이 경우, 필요에 따라서(예를 들면, 지지체의 광투과성이 불충분한 경우 등) 지지체를 박리하고 나서 노광을 행해도 좋다.

이 시점에서, 상기 지지체를 아직 박리하지 않은 경우에는 상기 적층체로부터 상기 지지체를 박리한다(지지체 박리공정).

그 다음, 상기 프린트배선판 형성용 기판 상의 감광층의 미경화 영역을 적당한 현상액으로 용해제거하고, 배선패턴 형성용의 경화층과 스루홀의 금속층 보호용 경화층의 패턴을 형성하고, 상기 프린트배선판 형성용 기판의 표면에 금속층을 노출시킨다(현상공정).

또한, 현상 후에 필요에 따라서 후가열처리나 후노광처리에 의해 경화부의 경화반응을 촉진시키는 처리를 더 행해도 좋다. 현상은 상기와 같은 웨트 현상법이어도 좋고, 드라이 현상법이어도 좋다.

그 다음, 상기 프린트배선판 형성용 기판의 표면에 노출한 금속층을 에칭액으로 용해제거한다(에칭공정). 스루홀의 개구부는 경화 수지 조성물(텐트막)로 덮어져 있으므로, 에칭액이 스루홀 내에 스며들어가 스루홀 내의 금속도금을 부식시키지 않아, 스루홀의 금속도금은 소정의 형상으로 남게 된다. 이것에 의해, 상기 프린트배선판 형성용 기판에 배선패턴이 형성된다.

상기 에칭액으로서는 특별히 제한은 없고 목적에 따라서 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면 상기 금속층이 구리로 형성되어 있는 경우에는, 염화제2구리 용액, 염화제2철 용액, 알칼리 에칭용액, 과산화수소계 에칭액 등이 열거되고, 이들 중에서도 에칭 팩터의 점에서 염화제2철 용액이 바람직하다.

그 다음, 강알칼리 수용액 등으로 상기 경화층을 박리편으로 하여 상기 프린트배선판 형성용 기판으로부터 제거한다(경화물 제거공정).

상기 강알칼리 수용액에 있어서 염기성분으로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨 등이 열거된다.

상기 강알칼리 수용액의 pH는, 예를 들면 약 12∼14이 바람직하고, 약 13∼14이 보다 바람직하다.

상기 강알칼리 수용액으로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 1∼10질량%의 수산화나트륨 수용액 또는 수산화칼륨 수용액 등이 열거된다.

또한, 프린트배선판은 다층구성의 프린트배선판이어도 좋다.

또한, 상기 패턴형성재료는 상기의 에칭 프로세스뿐만 아니라, 도금 프로세스에 사용해도 좋다. 상기 도금법으로서는, 예를 들면 황산구리 도금, 피롤린산구리 도금 등의 구리 도금, 하이플로우 땜납도금 등의 땜납 도금, 와트욕(황산니켈-염화니켈) 도금, 술파민산 니켈 등의 니켈 도금, 경질금 도금, 연질금 도금 등의 금도금 등이 열거된다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1)

-패턴형성재료의 제조-

상기 지지체로서 20㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에, 하기의 조성으로 이루어진 감광성 수지 조성물 용액을 도포하여 건조시켜서, 15㎛ 두께의 감광층을 형성하여 상기 패턴형성재료를 제조했다.

[감광성 수지 조성물 용액의 조성]

·메타크릴산/메틸메타크릴레이트/스티렌 공중합체(공중합체 조성(질량비):

29/19/52, 질량 평균 분자량: 60,000, 산가 189) 11.8질량부

·하기 구조식(1)으로 표시되는 중합성 모노머 5.6질량부

·헥사메틸렌디이소시아네이트와 펜타에틸렌옥시드모노메타크릴레이트의

1/2몰비 부가물 5.0질량부

·도데카프로필렌글리콜디아크릴레이트 0.56질량부

·N-메틸아크리돈 0.11질량부

·2,2-비스(o-클로로페닐)-4,4',5,5'-테트라페닐비이미다졸 2.17질량부

·2-메르캅토벤즈이미다졸 0.23질량부

·말라카이트그린 옥살산염 0.02질량부

·로이코크리스탈 바이올렛 0.26질량부

·메틸에틸케톤 40질량부

·1-메톡시-2-프로판올 20질량부

구조식(1)

단, 구조식(1) 중 m+n은 10을 나타낸다.

상기 패턴형성재료의 감광층 상에 상기 보호필름으로서 20㎛ 두께의 폴리에틸렌 필름을 적층했다.

그 다음에, 상기 기체로서 표면을 연마, 수세, 건조한 동장적층판(스루홀 없음, 구리두께 12㎛)의 표면에 상기 패턴형성재료의 보호필름을 박리하면서, 상기 패턴형성재료의 감광층이 상기 동장적층판에 접하도록 하여 라미네이터(MODEL 8B-720-PH, Taisei-laminator Co., Ltd. 제품)을 사용해서 압착시켜, 상기 동장적층판, 상기 감광층 및 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(지지체)이 이 순서대로 적층된 적층체를 제조했다.

압착조건은 압착롤 온도 105℃, 압착롤 압력 0.3MPa, 라미네이트 속도 1m/분으로 했다.

상기 제조한 적층체에 있어서의 패턴형성재료의 감광층에 대하여 하기 장치를 사용해서 노광을 행하고, (a)해상도, (b)에지 러프니스(edge roughness) 및 (c)에칭성을 이하의 방법에 의해 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

<(a) 해상도>

(1)최단 현상시간의 측정방법

상기 적층체로부터 상기 지지체를 박리하고, 동장적층판 상에 상기 감광층의 전면에 30℃의 1질량% 탄산나트륨 수용액을 0.15MPa의 압력에서 스프레이하고, 탄산나트륨 수용액의 스프레이 개시로부터 동장적층판 상의 감광층이 용해제거 될 때까지 필요한 시간을 측정하여, 이것을 최단 현상시간으로 했다.

그 결과, 상기 최단 현상시간은 10초이었다.

(2)감도의 측정

상기 제조한 적층체에 있어서 패턴형성재료의 감광층에 대하여, 상기 지지 체측으로부터 이하에 설명하는 노광장치를 사용하여, 0.1mJ/cm²부터 2^1/2배 간격으로 100mJ/cm²까지의 광에너지량이 다른 광을 조사하여, 상기 감광층의 일부의 영역을 경화시켰다. 실온에서 10분간 정치한 후, 상기 적층체로부터 상기 지지체를 박리하고, 동장적층판 상의 감광층의 전면에 30℃의 1질량% 탄산나트륨 수용액을 스프레이압 0.15MPa에서 상기 (1)에서 구한 최단 현상시간의 2배의 시간 스프레이하여 미경화의 영역을 용해제거하고, 남은 경화영역의 두께를 측정했다. 그 다음, 광의 조사량과 경화층의 두께의 관계를 플롯해서 감도곡선을 얻었다. 상기 감도곡선으로부터, 경화영역의 두께가 노광전의 감광층과 동일한 15㎛가 되었을 때의 광에너지량을 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량으로 했다.

그 결과, 상기 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량은 3.5mJ/cm²이었다.

<<노광장치>>

상기 광조사 수단으로서 도 4a∼도 8에 나타낸 합파 레이저광원, 상기 광변조 수단으로서 도 2에 개략도를 나타낸 DMD이며, 주주사 방향으로 마이크로미러가 1024개 배열되고 마이크로미러열이 부주사 방향으로 768조 배열된 것 중, 1024개×256열만을 구동하도록 제어한 DMD, 및 도 1에 나타낸 광학계를 갖는 노광헤드를 구비한 노광장치를 이용했다.

상기 노광헤드에서는, 집광광학계는 로드 인테그레이터(118)가 구비한 광량분포 보정기능과는 별도로, 섬유 어레이 광원으로부터 입사되는 레이저광에 대하여 주광선의 각도에 소정의 분포를 갖게 한 레이저광을 출사하여 DMD에 조사하는 기능을 구비하고 있다.

또한, 광량분포량의 크기는 마이크로렌즈 어레이에 의해 생기는 주변부의 광량저하량 이상으로 설정하고, 도 9b에 나타낸 광축중심으로부터 소정거리 YA에 대해서는, 광축중심으로부터 조명영역의 주변단부(DMD의 외주단부)까지의 거리를 YS라고 하면, YS>YA>YS/2로 설정했다.

(3)해상도의 측정

상기 (1)의 최단 현상시간의 평가방법과 같은 방법 및 조건으로 상기 적층체를 제조하고, 실온(23℃, 55%RH)에서 10분간 정치했다. 얻어진 적층체의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(지지체) 상에서 상기 노광장치를 이용하여, 라인/스페이스=1/1로 라인폭 10㎛∼50㎛까지 1㎛마다 각 선폭의 노광을 행한다. 이 경우의 노광량은 상기 (2)에서 측정한 상기 패턴형성재료의 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량이다. 실온에서 10분간 정치한 후, 상기 적층체로부터 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(지지체)을 박리한다. 동장적층판 상의 감광층의 전면에 30℃의 1질량% 탄산나트륨 수용액을 스프레이압 0.15MPa로 상기 (1)에서 구한 최단 현상시간의 2배의 시간 스프레이하여, 미경화 영역을 용해제거한다. 이렇게 해서 얻어진 경화수지 패턴이 형성된 동장적층판의 표면을 광학현미경으로 관찰하고, 경화수지 패턴의 라인에 막힘, 꼬임 등의 이상이 없고, 또한 스페이스 형성가능한 최소의 라인폭을 측정하여, 이것을 해상도로 했다. 상기 해상도는 수치가 작을수록 양호하다.

<(b) 에지 러프니스>

상기 적층체에 상기 노광장치를 사용하여 상기 노광헤드의 주사방향과 직교하는 방향의 횡선 패턴이 형성되도록 조사해서 노광하고, 상기 감광층의 일부의 영역을 상기 해상도의 측정에 있어서 (3)과 동일하게 하여 패턴을 형성했다. 얻어진 패턴 중의, 라인폭 30㎛의 라인의 임의의 5개소에 대해서 레이저 현미경(VK-9500, KEYENCE Corporation 제품; 대물렌즈 50배)을 사용하여 관찰하여, 시야 내의 에지 위치 중, 가장 부풀어 오른 개소(산정부)와 가장 잘록한 개소(골저부)의 차이를 절대값으로 구하고, 관찰한 5개소의 평균값을 산출하여 이것을 에지 러프니스로 했다. 상기 에지 러프니스는 값이 작을수록 양호한 성능을 나타내므로 바람직하다. 결과를 표 3에 나타낸다.

<(c) 에칭성>

상기 해상도의 측정에서 형성한 패턴을 갖는 상기 적층체를 사용하고, 상기적층체에서 노출된 적층판의 표면에 염화철 에칭액(염화제2철 함유 에칭용액, 40° 보메, 액체온도 40℃)을 0.25MPa로 36초 스프레이하여, 경화층으로 덮어져 있지 않은 노출된 영역의 구리층을 용해제거함으로써 에칭처리를 행했다. 그 다음, 2질량%의 수산화나트륨 수용액을 스프레이함으로써 상기 형성한 패턴을 제거하여, 표면에 상기 영구패턴으로서 구리층의 배선패턴을 구비한 프린트배선판을 제조했다. 상기 프린트배선기판 상의 배선패턴을 광학현미경으로 관찰하여, 상기 배선패턴의 최소의 라인폭을 측정했다. 이 최소 라인폭이 작을수록 고정밀한 배선패턴이 얻어지고, 에칭성이 뛰어나다는 것을 의미한다. 결과를 표 3에 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1에 있어서, 노광장치를 하기에 설명하는 것으로 대신한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 패턴을 형성하고, (a) 해상도, (b) 에지 러프니스 및 (c)에칭성을 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

<<노광장치>>

상기 광조사 수단으로서 도 4a∼도 8에 나타낸 합파 레이저 광원, 상기 광변조 수단으로서 도 2에 개략도를 나타낸 DMD이며 주주사 방향으로 마이크로미러가 1024개 배열된 마이크로미러열이 부주사 방향으로 768조 배열된 것 중, 1024개×256열만을 구동하도록 제어한 DMD, 및 도 1에 나타낸 광학계를 갖는 노광헤드를 구비한 노광장치를 이용했다. 도 1에 나타낸 상기 노광헤드의 로드 인테그레이터(118)와 집광렌즈(120) 사이에는 상기 광분포 보정수단으로서 도 11a에 나타낸 바와 같은 2매로 1조인 평볼록렌즈(152, 154)에 의해 구성된 텔레센트릭 광학계(150)가 설치되어 있다.

레이저광의 입사측(섬유 어레이 광원(112)측)에 배치된 평볼록렌즈(152)는 입사면 S2의 면형상이 곡률반경이 광축(광축중심) X로부터 벗어남에 따라 커지는 비구면, 환언하면 곡률이 광축 X로부터 벗어남에 따라 작아지는 비구면으로 되어 있고, 출사면 S3이 평면상으로 되어 있다.

또한, 레이저광의 출사측(DMD(50)측)에 배치된 평볼록렌즈(154)는 입사면 S4이 평면상으로 되어 있고, 출사면 S5의 면형상이 곡률반경이 광축 X로부터 벗어남에 따라 작아지는 비구면, 환언하면 곡률이 광축 X로부터 벗어남에 따라 커지는 비구면으로 되어 있다.

이 노광장치를 사용함으로써, 상기 텔레센트릭 광학계(150)로부터 평행화되어서 출사된 레이저빔의 광량분포는 광축중심에 대하여 주변부의 분포밀도가 높아져서, 이 레이저빔이 조사된 DMD(50)에서는 레이저 광조사 영역의 중심부(광축중심)보다도 주변부의 광량이 증가된다. 그 후, 레이저빔이 마이크로렌즈 어레이(128)를 투과함으로써 광축중심부에 대한 주변부의 광량저하를 보이고, 노광면에는 광량분포가 균일해지도록 보정된 광빔이 조사된다.

(실시예 3)

실시예 1에 있어서, 감광성 수지 조성물 용액의 헥사메틸렌디이소시아네이트와 펜타에틸렌옥시드모노메타크릴레이트의 1/2몰비 부가물을 하기 구조식(2)으로 표시되는 화합물로 대신한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 패턴형성재료 및 적층체를 제조하고, 패턴을 형성하여 (a) 해상도, (b) 에지 러프니스 및 (c) 에칭성을 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

한편, 최단 현상시간은 10초이고, 상기 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량은 3.5mJ/cm²이었다.

구조식(2)

(실시예 4)

실시예 1에 있어서, 감광성 수지 조성물 용액의 헥사메틸렌디이소시아네이트와 테트라에틸렌옥시드모노메타크릴레이트의 1/2몰비 부가물을 하기 구조식(3)으로 표시되는 화합물로 대신한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 패턴형성재료 및 적층체를 제조하고, 패턴을 형성하여 (a) 해상도, (b) 에지 러프니스 및 (c) 에칭성을 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

한편, 최단 현상시간은 10초이고, 상기 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량은 3.5mJ/cm²이었다.

구조식(3)

(실시예 5)

실시예 1에 있어서, 메타크릴산/메틸메타크릴레이트/스티렌 공중합체(공중합체 조성(질량비): 29/19/52, 질량 평균 분자량: 60,000, 산가 189)를 메틸메타크릴레이트/스티렌/벤질메타크릴레이트/메타크릴산 공중합체(공중합체 조성(질량비): 8/30/37/25, 질량 평균 분자량: 60,000, 산가 163)로 대신한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 패턴형성재료 및 적층체를 제조하고, 패턴을 형성하여 (a) 해상도, (b) 에지 러프니스 및 (c) 에칭성을 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

한편, 최단 현상시간은 10초이고, 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량은 4mJ/cm²이었다.

(비교예 1)

실시예 1의 노광장치에 있어서, 집광광학계에 광분포 보정수단을 구비하지 않은 구성의 노광헤드를 사용한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 패턴형성재료 및 적층체를 제조하고, 패턴을 형성하여 (a) 해상도, (b) 에지 러프니스 및 (c) 에칭성을 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

한편, 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량은 3.5mJ/cm²이었다.

(비교예 2)

실시예 2의 노광장치에 있어서, 집광광학계에 광분포 보정수단을 구비하지 않은 구성의 노광헤드를 사용한 것 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 패턴형성재료 및 적층체를 제조하고, 패턴을 형성하여 (a) 해상도, (b) 에지 러프니스 및 (c) 에칭성을 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

한편, 감광층을 경화시키기 위해서 필요한 광에너지량은 3.5mJ/cm²이었다.

표 3의 결과로부터, 비교예 1 및 2의 배선패턴과 비교하여 광분포 보정수단을 구비한 노광헤드를 사용한 실시예 1∼5의 배선패턴은 고정밀하고, 에지 러프니스도 작고, 또한 에칭성이 뛰어난 것을 알았다. 또한, 광분포 보정수단을 구비한 노광헤드를 사용함으로써, 저비용으로 고정밀한 노광을 실현할 수 있고, 또한 효율이 좋은 노광이 행해진다는 것을 알았다.

본 발명의 패턴형성방법은, 묘화단위가 2차원적으로 분포된 노광헤드를 구비한 디지털 노광장치를 이용한 노광에 있어서, 비용을 억제하면서 2차원적으로 분포된 각 묘화단위의 광량을 균일화함으로써, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성가능한 패턴형성방법을 제공할 수 있으므로, 고정밀한 노광이 필요로 되는 각종 패턴의 형성 등에 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 고정밀한 배선패턴의 형성에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (23)

1. 지지체 상에 감광층을 갖는 패턴형성재료에 있어서의 상기 감광층을 피처리 기체 상에 적층한 후,

   상기 감광층에 대하여, n개(단, n은 1 이상의 자연수)의 2차원적으로 배열된 묘소부를 갖고, 패턴정보에 따라서 상기 묘소부마다 광변조 상태를 변화시키는 광변조 수단에 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 광분포 보정수단을 갖는 집광광학계를 통해 조사하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔을 조사해서 노광을 행하는 것을 적어도 포함하고:

   상기 노광은 상기 광조사 수단으로부터 상기 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서의 광량에 분포를 갖게 하고, 상기 광변조 수단에 의해 변조된 광빔의 광량분포가 상기 감광층의 피노광면 상에서 균일하게 되도록 보정되어 행해지는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 집광광학계에 의해 주광선의 각도에 분포를 갖는 광빔으로 하여 광변조 수단에 조사하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광조사 수단으로부터 출사된 광빔을 집광광학계에 의해 텔레센트릭광으로 하여 광변조 수단에 조사하는 것을 특징으로 하는 패턴형성 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 집광광학계가 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈파워가 작아지는 비구면 형상을 갖는 제 1 광학렌즈와 광축중심에서 벗어남에 따라서 렌즈파워가 커지는 비구면 형상을 갖는 제 2 광학렌즈로 이루어진 광분포 보정수단을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집광광학계는 광조사 수단으로부터 광변조 수단에 조사되는 광빔의 조사영역 내에서 중심부보다도 주변부의 광량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광변조 수단이 공간 광변조 소자인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 노광이 행해진 후 감광층의 현상을 행하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 현상이 행해진 후 영구패턴의 형성을 행하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 영구패턴은 배선패턴이고, 상기 영구패턴의 형성은 에칭처리 및 도금처리 중 적어도 어느 하나에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광조사 수단은 2개 이상의 광을 합성해서 조사가능한 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광조사 수단은 복수의 레이저, 다중모드 광섬유, 및 상기 복수의 레이저로부터 각각 조사된 레이저빔을 평행광화해서 집광하여 상기 다중모드 광섬유의 입사단면에 수렴시키는 광원 집광광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광층은 바인더, 중합성 화합물 및 광중합 개시제를 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 바인더는 산성기를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 바인더가 비닐 공중합체인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더의 산가가 70∼250mgKOH/g인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합성 화합물은 우레탄기 및 아릴기 중 적어도 어느 하나를 갖는 모노머를 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광중합 개시제가 할로겐화 탄화수소 유도체, 헥사아릴비이미다졸, 옥심 유도체, 유기과산화물, 티오 화합물, 케톤 화합물, 방향족 오늄염 및 메타로센류로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광층은 바인더를 10∼90질량% 함유하고, 중합성 화합물을 5∼90질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광층의 두께가 1∼100㎛인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체는 합성수지를 함유하고 또한 투명한 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체가 장척상인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴형성재료가 장척상이고, 롤상으로 권취되어 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
23. 제 1 항 내지 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴형성재료에 있어서의 감광층 상에 보호필름을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.

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