TWI410752B - An exposure apparatus, an exposure method, and a method of manufacturing the wiring board - Google Patents

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Description

曝光裝置及曝光方法以及配線基板的製造方法
本案發明係有關一種不介由遮罩(無遮罩)，對於感光性樹脂上直接描繪曝光圖案的曝光裝置及曝光方法，以及使用該曝光方法製造配線基板的配線基板製造方法。
近年來，印刷配線基板的多品種少量生產化持續，而使得低成本化、高產率化的要求提高。
在以往技術的印刷配線板等的圖案形成中，在各製程使用稱為抗蝕劑的各種的感光性樹脂。具體而言，感光性的液狀抗蝕劑或乾薄膜抗蝕劑在成膜於基板上後，介以光罩進行曝光，經由顯影製程，藉著進行蝕刻加工、電鍍處理等，形成圖案。
起而代之，在1990年代，導入以氬離子雷射等的氣體雷射作為光源，利用可見光的無遮罩直接曝光技術。該方法具有不需要製造光罩，而可大幅節約光罩製造設備費、材料費，且可高精確度地曝光之特徵，係革新印刷配線基板、半導體封裝等製程的技術。
在無遮罩直接曝光技術中，提案一種以改善氣體雷射的維修性的目的，以不需要供給製程氣體的半導體雷射二極體作為光源使用者。例如，在日本特開2004－85728號公報(專利文獻1)中，記述在含有紅外線吸收色素的特定組成的感光性樹脂，直接曝光波長750至1200nm的雷射光之方法。
另外，作為照射方法的改善方案，取代以多角鏡反射雷射光，而掃瞄抗蝕劑上的方法，以DMD：Digital Micromirror Device的直接曝光方法做為通用性高的光學系統備受矚目。DMD係藉由微機器技術，由積體化於半導體晶片上的反射鏡陣列所構成的空間光調變裝置者。各反射鏡依據數位資訊高速地動作。DMD係與微透鏡陣列或繞射晶格等的光學系統組合，作為DMD使用。例如，於日本特開昭62－21220號公報(專利文獻2)、日本特開2004－157219號公報(專利文獻3)、日本特開2004－39871號公報(專利文獻4)等，有使用DMD的無遮罩曝光方法的記述。
另外，在曝光結束後且於顯影之前，加熱基板，而使抗蝕劑高感度化的技術廣為週知。例如，在日本特開2004－71624號公報(專利文獻5)中，係記載介以光罩對於塗布有感光材料的基板照射光，而進行曝光的曝光單元；以及在前述基板曝光結束後且在顯影前，進行加熱處理的事後烘烤單元之曝光裝置，在日本特開2002－269402號公報(專利文獻6)中，有為了加熱處理而使用紅外線燈的記載。
[專利文獻1]日本特開2004－85728號公報[專利文獻2]日本特開昭62－21220號公報[專利文獻3]日本特開2004－157219號公報[專利文獻4]日本特開2004－39871號公報[專利文獻5]日本特開2004－71624號公報[專利文獻6]日本特開2002－269402號公報
 [發明之揭示]
在調查上述以往技術時，必須更加改善昨今的低成本化、製品短交期化、鑒察製造成本穩定化(高品質化)的要求水準，當有鑒於一般所使用的感光性樹脂的材料價格或獲得容易性、感光特性等時，在上述以往技術中，可知使用於圖案描繪曝光的調變光之波長或強度的點，更有改善的餘地。
於配線基板的量產工廠一般使用的感光性樹脂的感光波長，係成為考慮量產作業性的設計，在可見光(400至800nm)的範圍中，配合為感度變低的組成。在參考上，於第4圖表示一般使用的感光性樹脂的典型的感光光度的例子。又，紅外光之光量子的能量低，且由於電子遷移的量子收率低，因此無法有效率地引起感光反應，當然，予子外光照射之情況相比，感光反應速度較慢。因而，在使用紅外雷射的專利文獻1中，到感光材料到達期望的硬度為止，需要的照射時間變長，或係，使用含有紅外吸收性色素的特殊感光材料，無法避免使用高輸出的高價的雷射源，無法因應短時間且低成本、高品質的曝光之目的。
另外，使用於專利文獻2至4的DMD元件之子外光耐性壽命不足，不得不使用以抗蝕劑的感度相對較低的可見光波長區域(超過400nm)，此時，在感光材料到達期望的硬化度之前，需要的照射時間變長，或係不得不使用高亮度光源，與所謂短時間曝光、低成本之目的不一致。結果，因應昨今愈來愈高的短交期要求甚為困難。
在專利文獻3中，為了增大曝光產率，而記載有增加光源的亮度的技術，但由於稱為相反則不軌的曝光、感光反應特有的現象，固即使2倍化光源的亮度，反應速度亦無法成為2倍，因而要獲得與光源成本增加相抵的產率增大甚為不易。
另外，藉由曝光結束後的基板加熱，使抗蝕劑高感度化，增大產率的專利文獻5或專利文獻6的技術，與光束掃描而曝光的無遮罩直接曝光技術組合亦不易。在專利文獻5的「所欲解決的課題」中，從曝光到加熱的時間控制有所謂製程穩定化的效果，製程的不穩定性表示該技術的實用量產上的現實課題。
在光束掃描且描繪曝光圖案的曝光技術中，花費在基板的一方的端部開始光束掃描曝光之後，於基板另一端結束光束掃描曝光為止的程度的時間。結果，曝光結束，從曝光裝置取出基板之後，立刻取出到下一步驟時，於基板的面內，將曝光至下一步驟為止的時間難以保持為一定。因而，在曝光結束之後，插入基板加熱的步驟時，控制曝光到加熱為止的時間變為困難，而導致曝光製程的不穩定化，使產率惡化之危險性提高。在曝光結束之後，暫時靜置之後，進行所謂的基板加熱的步驟，雖可避免製程的不穩定化，但亦有所謂犧牲曝光產率的問題。
如以上所說明，於不使用遮罩進行掃描曝光的掃描曝光法中，為了增大曝光產率，至今所知的技術為：抗蝕劑的高感度化、光束亮度的增大、曝光後加熱中任一種。然而，如上所述，產生所謂若抗蝕劑高感度化則量產作業性降低、若光束亮度增大，則對費用效果的點來看將更惡化、若曝光後加熱，則曝光製程的產率惡化的問題。
本發明係為了解決上述課題而研創者，係提供一種在期望圖案掃描已調變的光束而加以曝光的所謂無遮罩曝光技術中，全部實現低成本化、高產率化、製程穩定化的曝光裝置及其曝光方法以及配線基板的製造方法。
本發明者等，在調查感光性樹脂的光硬化反應的過程中，發現與紫外至近紫外光(300至410nm)同時照射可見光至紅外光的單獨照射時相比，容易獲得較大的硬度，又以少的曝光量，容易獲得期望的膜厚之現象。換言之，意味藉由對於感光性樹脂與紫外至近紫外光同時照射可見光至紅外光，可有效促進光反應。本發明係將該現象以下述的手段應用於無遮罩曝光技術。
在本發明中，係依據被曝光圖案，調變從光源射出的光束，不介由光罩而直接掃描曝光的曝光裝置，其特徵為具備有：載置台，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂的被曝光基板而移動；第1光源，係射出包含波長300nm至410nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；第1照射光學系統，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變從前述第1光源射出的光束，用以在位於前述載置台上的前述感光性樹脂層上成像圖案；第2光源，係射出包含波長450nm至2500nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；以及第2照射光學系統，係將從前述第2光源射出的光束，導光到至少以包含被前述第1照射光學系統曝光描畫的第1照射區域之方式設定的第2照射區域。
在本發明中，雖使用各種光源做為上述第1光源，但舉出由半導體雷射所構成的光源，例如，並置複數個半導體雷射而成的雷射陣列。其他的光源，係亦可為水銀燈、金屬氫化物燈、氙氣燈、紅外線螢光燈等亦可。在使用此等的光源時期望以過濾器等限制射出光的波長或強度。
本發明的其他手段，係依據被曝光圖案，調變從光源射出的光束，不介由光罩而直接掃描曝光的曝光裝置，其特徵為具備有：載置台，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂的被曝光基板而移動；第1光源，係射出包含波長300nm至410nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；第1照射光學系統，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變從前述第1光源射出的光束，用以在位於前述載置台上的前述感光性樹脂層上成像圖案；第2光源，係射出包含波長2500nm至25000nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；以及第2照射光學系統，係將從前述第2光源射出的光束，導光到至少以包含被前述第1照射光學系統曝光描畫的第1照射區域之方式設定的第2照射區域。
該手段的第1光源，係期望由並置複數個半導體雷射二極體的雷射二極體陣列。
在本發明的曝光裝置中，上述的手段的第1照射光學系統係具備有：二次元光調變光學系統，係依據前述被曝光圖案的資料，在每一畫素調變從前述第1光源射出的光束，而形成曝光圖案；以及成像光學系統，係使在該二次元光調變光學系統所形成的圖案光，成像於前述感光性樹脂上。
在本發明的曝光裝置中，其他之期望的照射光學系統，係具備有：光束掃描光學系統，係掃描從前述第1光源射出之光束；以及成像光學系統，係使在該光束掃描光學系統所形成的圖案光，成像於位在前述載置台上的前述感光性樹脂上。
在本發明的曝光裝置中，係設置有光束控制機構，該光束控制機構，係用來使第1光源所射出的光束、和第2光源所射出的光束，實質上同時照射在位於載置台上的前述感光性樹脂層。
前述光束控制機構係包含：用來控制供給至光源之電力的電力控制機構、或係設置於照射光學系統的光學路徑之途中的遮光機構中至少一個。
又，本發明之其他手段，係依據被曝光圖案，調變從光源射出的光束，不介由光罩而直接掃描曝光的曝光裝置，其特徵為具備有：載置台，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂的被曝光基板而移動；第1光源，係射出包含波長300nm至410nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；第2光源，係射出包含波長450nm至25000nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；合波光學系統，係使從前述第1光源射出的光束之至少一部份、和從前述第2光源射出的光束至少一部分合波；以及照射光學系統，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變藉由前述合波光學系統所合波的光，在位於前述載置台上的前述感光性樹脂層上成像圖案。
又，本發明之其他手段，係依據被曝光圖案，調變從光源射出的光束，不介由光罩而直接掃描曝光的曝光裝置，其特徵為具備有：載置台，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂的被曝光基板而移動；第1光源，係射出包含波長300nm至410nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；第1調變光學系統，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變從前述第1光源射出的光束；第2光源，係射出包含波長450nm至25000nm的範圍之至少一部份的波長成份的光；第2調變光學系統，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變從前述第2光源射出的光束；以及照射光學系統，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變藉由前述合波光學系統所合波的光，在位於前述載置台上的前述感光性樹脂層上成像圖案。
又，本發明之其他手段，係由以下步驟所構成：第1照射步驟，係依據期望的被曝光圖案的資料，將從射出包含波長300nm至410nm的範圍之至少一部份的波長成份的光之第1光源所射出的光束加以調變，並照射於形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂層的被曝光基板；以及第2照射步驟，係將射出包含波長450nm至25000nm的範圍之至少一部份的波長成份的光之第2光源所射出的光束，照射於形成有感光性樹脂層的被曝光基板之感光性樹脂的曝光方法。
又，在本發明中，前述第2照射步驟所照射的被曝光基板上的區域，係至少包含前述第1照射步驟所照射的區域，且，前述第2照射步驟和前述第1照射步驟實質上為同時。
在本發明中，前述感光性樹脂，係在配線形成製程中所使用的電鍍抗蝕劑、蝕刻抗蝕劑、銲料抗蝕劑中任一種，此時，藉由使用本發明提供的曝光方法，亦提供製造配線基板的方法。
如以上所說明，根據本發明，提供可全部實現低成本化、高產率化、製程穩定化的無遮罩直接曝光裝置及其曝光方法、以及配線基板的製造方法。
使用圖面，說明本發明的無遮罩曝光裝置、曝光方法以及配線基板製造方法的實施形態。
第1圖係本發明的無遮罩曝光裝置的第1實施形態的概略構成圖。該曝光裝置具備有：載置台11，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂10a的被曝光基板10而移動；第1光源1，係射出包含藍紫光(400至410nm)的範圍之波長成份的光；第1照射光學系統50，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變從前述第1光源1射出的光束55，用以在位於載置台11上的被曝光基板10的感光性樹脂層10a上成像圖案而描繪圖案；第2光源2，係射出包含可見至紅外光(波長450nm至2500nm)的範圍，包含波長成份至少一部份的光；以及第2照射光學系統60，係將從前述第2光源射出的光束65，導光到至少以包含被前述第1照射光學系統50曝光描畫的第1照射區域之方式設定的第2照射區域。
適合本發明之感光性樹脂10a，係一般使用作為配線基板製造用的感光性樹脂，即使以365nm(i線)做為感光主波長的組成，或以405nm(h線)做為感光主波長的組成亦可，又，亦可為負型亦可為正型。在本實施形態中，有鑑於材料價格及量產實績的觀點，一般以365nm(i線)做為感光主波長的組成，來做為最佳的感光性樹脂10a的通用的負型的感光性材料，在被曝光物(例如：配線基板)的表面，藉由特定的方法，在適當成膜之後進行曝光。感光性樹脂10a的形狀，即使為乾薄膜狀或液體狀，在本實施例中，亦沒有使用上的問題，但適用於本發明的感光性樹脂層10a之成膜後的膜厚，以大約在2微米至100微米的範圍內，特別係以10至80微米為較佳的膜厚範圍，最小加工尺寸(線寬度)為2微米左右。適合本發明之感光性樹脂10a的組成，係變性丙烯酸酯系或便性甲基丙烯酸酯系單體，尤以酚醛丙烯酸酯系、環氧丙烯酸酯系、環氧甲基丙烯酸酯系為佳。當考慮材料價格、生產率、製程穩定性等觀點時，以含有環氧丙烯酸酯系單體約10%以上的感光材料最適合本發明。根據被曝光物的構造或用途，即使係例示除此以外的感光性材料的組成亦可使用。例如，使用包含以感光性聚亞醯胺、感光性聚苯噁唑、感光性軸狀CARDO丙烯酸酯等作為主成分的感光性樹脂時，適用在尋求對於各種的材料，因應其用途或目的之適當的處理條件上。此外，已知配線製造步驟的感光性樹脂有各種的用途，具體而言，雖具有蝕刻抗蝕劑、電鍍抗蝕劑、銲料抗蝕劑、配線覆蓋層因應各自的用途目的而成膜、曝光、顯影的各種條件有些許的不同。此外，根據發明者等的實驗，認為在本實施形態中，單體的主成分為變性的丙烯酸酯系或甲基丙烯酸酯系感光性樹脂時，與變性單體相比，硬化反應促進效果有比較小的傾向。又，在本發明中，銲劑的堵住(銲料抗蝕劑)等的用途所使用的負型之永久抗蝕劑，在配線形成步驟中，有容易獲得比作為蝕刻抗蝕劑或電鍍抗蝕劑使用的非永久抗蝕劑、或正型的抗蝕劑更加的結果之傾向。又，在本發明中，在精細性的觀點來看以正型為佳，在製成的界限來看以負型為佳，當需要形成高精細畫像(最小加工尺寸＝約1微米)時應用正型，在一般的用途中(加工尺寸＝10至1000微米)則應用負型，可以獲得實用上最大的效果。
此外，對於感光性樹脂與照射紫外光至近紫外光同時，照射可見光至紅外光時，所引起的光反應促進現象，將影響光化學反應的初期過程的反應活性種的舉動。在曝光的步驟中，在感光性樹脂的內部，感光性分子吸收紫外至近紫外光而生成反應活性種(自由基等)，但生成不久後的反應活性種的反應性，藉由可見光至紅外光的照射而增大。在感光性樹脂的內部，由於多數的素反應過程競爭性的同時進行，因此反應機構的解析不易，因而無法明確的敘述反應機構，但做為可見光至紅外光的作用機構，可以考慮與光素反應過程的機構(photo elementary reaction；明反應)非光素反應過程(non－photo elementary reaction；暗反應)的機構中至少一種的關係。
光素反應過程的機構係所謂感光性分子吸收紫外至近紫外光而生成的反應活性種，藉由吸收可見至紅外光而再度活性化的機構，感光性樹脂藉由吸收可見至紅外光，在最低電子激起狀態的範圍內，有到達高位的振動．旋轉位準的可能性，或者反應活性種藉由吸收可見至紅外光，誘發任一種能量移動或誘發電子移動，結果，前述反應活性種亦有激起高位的電子激起狀態的可能性。
一般，亦有由於化學反應的速度以濃度、溫度、時間的函數來表示，因此不改變在光素反應過程中所生成的反應活性種(自由基等)的濃度，而增大光素反應過程的反應速度，而使溫度上升的思考方式。由於自由基具有最大的活性是在產生不久後，因此以紫外至近紫外光激起不久後，若可使反應活性種周圍的溫度上升，則可有效率的加速光化學反應，結果可以增加曝光步驟的外觀之感光感度。又，感光性樹脂一般由於為固形或凝膠狀，因此可限制分子運動，但藉由紅外光照射使矩陣聚合物的粘度降低，使分子容易擴散而可加速重合伸長過程。
非光素過程的反應機構，係於以所謂感光性分子吸收紫外至近紫外光而生成的反應活性種(自由基等)做為起點的反應伸長過程中，發現所謂任一種反應促進效果的機構。雖然反應促進機構在現在還未明確，但亦有起因於活性種的擴散性增大的可能性，或者有起因於感光性樹脂中的非感光成分(矩陣聚合物、黏合劑等)的反應性增大的可能性。
本發明的第1光源1可使用射出包含波長範圍＝300至410nm的紫外至近紫外範圍的波長成分的光之光源。具體而言，亦可並列多數個固體激起雷射光源而構成，或者可使用水銀燈或金屬氫化物燈、氙氣燈、紅外線螢光燈等，但較佳的實施形態係並製複數個藍紫光雷射二極體(射出波長＝405±5nm)而成的雷射二極體陣列。雷射光源由於亮度高、光束成形容易、波長分佈狹窄，因此不需要另外設置光學過濾器。又，雷射二極體光源係壽命長、消耗電力較少、小型等的觀點上亦優良。本發明的第1光源1可以說是最實用的光源。第1圖例示的第1光源1係雷射二極體陣列。此外，在使用雷射二極體陣列以外的光源時，僅取出特定波長區域或具備用來切斷特定波長區域的光學機構(未圖示)。可以用來排除產生因照射特定波長區域的光而引起不期望的副反應、副作用等危險性。
如上所述，在本實施形態所使用的第1光源1雖然為藍紫光雷射二極體(射出波長＝405±5nm)，但另一方面，在本實施形態所使用的感光性樹脂10a的感光主波長如上所述為365nm。因而，僅從第1光源1射出的光中，有該感光性樹脂10a的感光反應無法充分進行。在本發明中，用來解決該問題的手段，係將另外設計的第2光源2的射出光65照射在該感光性樹脂10a。在本發明中，設置這種2個系統的光源，藉由組合第1照射光源1的圖案形狀的選擇性描繪照射、和來自第2照射光源2的非圖案形狀的面狀照射，使被曝光物10曝光而引出兩者的光能量的相乘效果，結果，抑制來自第1照射光源的選擇性圖案描繪照射的相反則不軌現象，實現在以往技術中無法實現的曝光時間縮短、曝光產率增大。
在本實施形態所使用的第2光源2，係射出包含波長範圍＝450至2500nm的可見至近紅外範圍的波長成分的光之光源。具體而言，亦可並列多數個可見或紅外光的半導體雷射光源而構成，或者為鹵化燈、氙氣燈、金屬氫化物燈等亦可。例如，取代紅外雷射光源而使用鹵化燈，亦可使光源低價格化。又，亦可使用氙氣燈或金屬氫化物燈做為可見光光源。在使用這些燈光源時，藉由光學性過濾器61除去不需要的紫外光成分。藉由於第2光源2安裝過濾器除去紫外光成分，含有紫外光感光成分的感光性樹脂層10a，僅接受來自第2光源2所射出的光，而不會誘發電子激起，結果，光反應完全沒有進行。在本實施形態中，使用安裝用來除去450nm以下的波長成分的波長過濾器的金屬氫化物燈。在第5圖表示於本實施形態做為第2光源2使用的附波長過濾器的金屬氫化物燈的分光放射分佈。
此外，在使用金屬氫化物燈以外的光源時，在波長範圍＝500至850nm、1300至1700nm、1900至2500nm之至少一種的波長領域範圍，具有分光放射強度的光源時，達到期望的結果。包含在此所列舉的波長成分的光源，要達到期望的結果的理由，在現階段的時刻雖然不明確，但在本實施形態所使用的感光性樹脂10a所包含的任一種成分，可能具有這些近紅外區域的吸收帶的可能性。或者在感光性樹脂10a的感光反應所需要的光量子能量(E3 6 5 )、和第1光源1的射出光的光量子能量(E4 0 5 )、和第2光源2的射出光的光量子能量(E2 0 0 0 )之間，由於所謂E3 6 5 ≒ E3 6 5 ＋E2 0 0 0 的關係成立，因此或許僅以來自第1光源1的光照射，可從第2光源2補充供給成為供給不足的光量子能量。也就是一般所使用的感光性樹脂的成分之一的粘合劑聚合物分子，係具有羰基或羥基較多，由於這些官能基的倍音吸收帶、2倍音吸收帶、3倍音吸收帶，係位於上述區域，因此即使在本實施形態所使用的感光性樹脂10a以外的感光性材料，使用在上述波長範圍(500至850nm、1300至1700nm、1900至2500nm的至少一種)具有大的分光強度分佈的光源時，達到期望結果的可能性較高。
此外，在成膜有感光性樹脂10a的基板10的面內，為了獲得均勻的曝光成續，而將用來導光第2光源2的光束65的第2導光光學系統62(未圖示)，與在前述第1照射光學系統50曝光描繪的第1照射區域不漏洩，且可均勻照射的方式配置甚為重要。
在本實施形態使用的載置台11至少在2軸方向掃描，藉由載置台控制器13，精密的控制該掃描方向、掃描速度。又，具有z軸方向的位置調整功能，俾使在給像光學系統7成為聚集焦點的位置。再者，在設置有第1照射的光學系統50的一部分即調變光學系統5的調變、和載置台11的掃描為連合動作的組合(詳細如下所述)，俾使在感光性樹脂層10a上可描繪期望圖案。
本實施形態中，從第1光源1射出的光束55經過用來調整被適當設計的第1導光光學系統(52a、52b、52c)、及光束的強度分佈、以及光束形狀的光束成形的光學要素8，以用來調變該已成形的光束的光調變光學要素5，變換為具有期望的圖案形狀的光束，然後，通過由複數個光學構件(7a、7b、7c、7d)所構成的成像光學系統7，在感光性樹脂層10a上成像期望的圖案。光調變光學要素5被調變控制部9數位控制，在通過成像光學系統7之後，成像為期望的描繪圖案，調變已入射的光束。雖然可以使用一般的光調變元件做為光調變光學要素5，但在本實施形態中較佳的光調變光學要素5，例如為2次元光調變元件，具體例為DMD。又，若使用微透鏡陣列構成成像光學系統7的光學零件之一，則有增大光的利用效率的情況。
光調變光學要素5的調變動作，係藉由調變控制部9進行高速且精密的控制，為了統合控制調變控制部9和載置台控制器13，設置有該曝光裝置的主控制部30。
主控制部30係依據生產計劃管理系統35的指示，接收特定的描繪資料，依據該所接收的資料控制調變控制部9和載置台控制器13等，而擔負用來控制該曝光裝置全體的主控制功能的單元。具有副系統的調變控制部9或載置台控制器13之間的通訊手段，即使對於第1光源1及第2光源2亦有傳送光量或點亮的控制信號功能。當主控制部30接受來自生產計劃．管理系統35的指示時，對於記憶裝置31或CAD(Computer Aided Design)系統38，要求特定的描繪資料或各種控制程式。此外，特定的描繪圖案資料事先在CAD系統38設計之後，經由網路39傳送到主控制部30，而蓄積在儲存各種控制程式或運算程式、資料庫等的記憶裝置31。此外，在本實施形態中，具備：直接資料輸入至該曝光裝置的主控制部30的資料輸入手段33、和用來表示資料的表示手段32，從該資料輸入手段33直接輸入描繪資料亦可，或者使用該資料輸入手段33，直接輸入開始描繪資料取得動作的指示。
上述網路39亦可經由供大眾通訊電線或經由此的通訊網，即使CAD系統38和本發明的曝光裝置的設置場所分離亦可。在使用產品的場所，也就是所謂接近消費地點的地方設置製造據點，藉由在該製造據點設置本發明的曝光裝置，可以使製造據點和消費地點之間的產品搬運時間最短化，結果，除了可以削減產品的搬送成本，亦可以使半成品的庫存量及流通的庫存量最小化，對於販實機會損失的降低、需要即時生產的實現有幫助。在這種商業模式中，必須從設置在設計據點的CAD系統38，朝向設置在製造據點的曝光裝置，傳送包含設計資訊的圖案資料，但一般由於這種資料在製造上的專業技術或營業資訊等，大多為隱密的資訊，因此為使在通訊途中不被竊聽或者不被竄改，而必需根據事先特定的步驟進行密碼化處理。此外，為了縮短通過通訊網的時間而減少被竊聽竄改的可能性，而在密碼化之前先壓縮圖案資料，使資料容量變少，再者，為了排除因人為疏失而引起輸入錯誤，而期望設計用來自動處理資料壓縮至密碼化、和密碼解讀至資料復元的資訊處理裝置。
又，在此雖未圖示但期望具備用來進行儲存在記憶裝置31的控制程式或運算程式的運算處理部。又，在該圖中雖省略，但本發明的曝光裝置具備有被曝光基板10、或形成在其表面的特定形狀的位置、形狀、尺寸的測量手段，藉由該測量手段所取得的測量結果，與從CAD系統38所傳送並儲存在記憶裝置31的特定數值比較，使用在用來微調整光調變光學系統5及載置台11的動作的修正值。
在本發明中，為了控制光束，而使從第1光源1所射出的光束55、和從第2光源2所射出的光束65，實質上同時照射感光性樹脂層10a，至少設計用來控制1個系統的光束的組合，與調變從第1光源1射出的光束55的調變光學系統5的調變動作連動。在本發明中，雖然可使用一般的光束控制機構，但具體的例示本發明較佳的光束控制手段時，舉出有設置在光束的路徑的遮光手段、或將電力供給到光源的電源控制裝置等。
當具體說明設置在光束的路徑的遮光手段時，在光束的路徑(由導光光學系統和調變光學系統和結成像光學系統構成的照射光學系統)中任一場所，設置快門光匣，且在照射光學系統和被曝光物10之間，設計快門光匣或遮光裙襬。藉由這些手段可以簡便地遮光。
於光束的路徑進行機械性動作的快門光匣時，期望設計振動吸收機構或緩衝機構，俾使因快門光匣的動作而引起的振動，對於位在快門光匣周圍的透鏡或鏡子等的光學零件不會產生不良的影響。此外，可省略振動吸收機構的EO調節器(Electro－Optic Modulator)或AO調節器(Acoustic－Optic Modulator)等，亦可應用在遮斷小徑光束之情況。
依據光源的種類，而供給光源的電力的控制方法雖然不同，但在本發明中，可使用與各個光源對應的電力供給控制裝置。在變更供給電力之後，到出射光量變化為止之前，產生若干的時間滯後的光源時，與上述的遮光手段組合而使用。
在本實施形態較佳的第1光源1，由於並製複數個藍紫光雷射二極體而成的雷射二極體陣列，故與此對應的最佳光束控制手段為供給到光源的供給電力控制(未圖示)。雷射二極體的ON/OFF控制，係以10毫微秒左右實現，可以獲得小型且廉價的控制電路。
另外，在本實施形態中，做為第2光源2使用的波長過濾器附有波長過濾器的金屬氫化物燈，在電力供給之後的穩定點亮之前需要1秒左右。因此，在本實施形態中最好的光束控制手段為遮光裙襬或遮光縫隙3。此等光束控制手段，在從第2光源2射出的光束65的路徑中，即使設置在任一處亦沒有妨礙，但在本實施形態中，係設置在被曝光物10和第2照射光學系60之間。此外，與金屬氫化物燈以外的光源組合，不會完全遮斷所供給的電力而供給所謂的待機電力，對於與機械性的快門光匣或縫隙並用等並沒有妨礙。
在本發明中，取代連續點亮第1光源1以及第2光源2，而高速ON/OFF點亮任一方或兩方的光源，在所謂擬似連續點亮狀態下使用亦可。例如，可使用脈衝點亮的雷射光源做為第1光源1，或者使用反相器點亮螢光燈做為第2光源2。此時，例如第1光源1以高速脈衝擬似連續點亮，另外，連續點亮第2光源2時，當例示感光性樹脂層10a所受光的光強度的一例時，經過如第6圖所例示的時間。第7圖係第1光源1和第2光源2兩方在擬似連續點亮光源的情況下所獲得的受光強度的一例。在使用這些例子所表示的光源時，當詳細的劃分時間而嚴謹的觀看時，雖然來自第1光源1的光和第2光源2的光，產生沒有同時照射的時間帶，但在本發明中看見實質的同時照射。而可以獲得第1光源1以及第2光源2中任一個連續點亮的嚴密同時照射和相同的光反應促進效果。
在本發明認為的實質的同時照射的範圍，係存在有第1光源1照射基板10的時間帶、和第2光源2照射被曝光基板10的時間帶至少一部分重疊的狀態之情況。例如，在照射第1光源1之前，先藉由第2光源2進行照射時(第8圖(a))，或者反之在照射第2光源2之前(第8圖(b))，在本發明實質上為同時照射的一例。即使為沒有同時照射的時間帶時(第8圖(c))，當第1光源1照射基板10的時間帶和第2光源2照射被曝光基板10的時間帶的間隔(△t)大於10秒的時候，在本發明中包含實質上同時照射。
在本實施形態中，除了高速ON/OFF第1光源1的雷射二極體陣列之外，由於金屬氫化物燈被連續點亮，因此可以說實質的同時照射。此外，第1光源1和第2光源2的至少一方為擬似連續點燈時，成為實質上同時照射。又，雖然沒有重新指出，但亦不會妨礙嚴密的同時照射。
然後，說明使用本發明的上述曝光裝置的感光性樹脂的曝光方法。如上所述，雖然本發明的曝光裝置可以應用在一般的感光性樹脂的曝光方法，但在本實施形態中，做為被曝光基板10而在表層事先配線形成的玻璃環氧基板，於最上層成膜a(膜厚約20微米)感光性銲料抗蝕劑(太陽墨水製造(公司)製造製PSR4000)，做為感光性樹脂10a，曝光該感光性銲料抗蝕劑，形成抗蝕劑的圖案。此外，在本實施形態所使用的感光性銲料抗蝕劑PSR4000，為在多數的基板製造工廠所使用的負型感光性樹脂，其感光主波長為365nm。
第2圖所示的實驗結果，係使用與本發明相關的曝光裝置而獲得的圖案描繪例的主要部分的一部分。在該實驗中，使用本發明的曝光裝置，係描繪開口徑＝50至1000微米的銲接凸塊用的開口圖案，以特定條件顯影，測定所獲得的抗蝕劑的形狀。橫軸為圖案描繪需要的時間，縱軸為抗蝕劑膜厚，在增加曝光量之同時，進行抗蝕劑的硬化反應而增加膜厚。此外，在該實驗中，圖案描繪所需要的時間大致以和曝光量成比例的方式來設定。
第2圖係同時照射曝光第1光源1和第2光源2而圖案形成時，與僅使用第1光源1而圖案照射之情況相比，可以縮短圖案描繪時間約30%左右，藉由第2光源2的照射可促進抗蝕劑的曝光反應。另外，藉由第1光源1曝光之後，於放置1小時以上之後，實施第2光源2的照射時，描繪時間比僅使用第1光源1縮短若干。又，在僅照射第2光源2時，抗蝕劑的硬化反應完全沒有進行。
對於在上述工程步驟中所獲得的被曝光基板10，進行特定的後處理之後，具體而言，係進行抗蝕劑的後加熱處理、銲劑凸塊襯墊的表面處理之後，在銲料抗蝕劑的開口部印刷充填銲劑銀糊，然後，藉由回流銲製造出期望的配線基板。在該配線基板中，因為銲料抗蝕劑硬化不足而引起的浮起或剝落等的不良狀況完全消失。
此外，藉由使用本發明的曝光裝置而獲得的圖案描繪時間的縮短作用，係受到各種主要原因的影響而變動。所使用的感光性樹脂10a的種類或膜厚、第1光源1的照射方法、第2光源2的種類等，由於可使描繪時間縮短率在10%至90%左右的範圍內變動，因此，在實用化之前，必需先確認曝光條件較為重要。又，即使膜厚及材質相同，在以往的遮罩曝光裝置中適用的曝光條件，和在本發明的曝光裝置中適用的曝光條件不同的地方較多，因此為了避免基板量產時作業的混亂，而做成如曝光條件換算表的資料庫，而使自動參照便利。當然亦可資料庫化，保管在記憶裝置31。
第3圖所例示的實驗結果，係使用本發明的曝光裝置而圖案描繪的結果的其他一部分。在該實驗中，與上述實驗相同，使用本發明的曝光裝置而描繪圖案，以特定條件顯影，但取代測定所獲得的抗蝕劑的膜厚測定硬度。橫軸係圖案描繪需要的時間，縱軸係抗蝕劑的硬度，在該圖中，圖案描繪所需要的時間，大致與曝光量成正比。
該第3圖係併用第1光源1和第2光源2而圖案形成之情況，僅使用第1光源1與圖案照射之情況相比，可以使硬度更急遽地增大，其加速率約2倍。
然後，和上述實驗相同，使用預先形成配線的玻璃環氧基板，做為被曝光基板10，在其最上層，成膜感光性銲料抗蝕劑(太陽墨水製造(公司)製PSR4000)，做為感光性樹脂10a，介以遮罩而曝光，使用所謂的遮罩曝光機進行曝光，調查和上述實驗結果的不同。
感光性銲料抗蝕劑PSR4000，係在較多的配線基板製造工廠所使用的負型感光性樹脂，藉由遮罩曝光機形成圖案，沒有特別的問題而可實施。介由遮罩照射紫外線最中央，照射來自金屬氫化物燈的射出光時，產生所謂圖案的相對位置偏移明顯擴大的問題。這是因為被曝光物10或光罩，吸收來自金屬氫化物燈的照射光所包含的紅外線成分，而慢慢地引起熱膨脹之緣故。在事先形成配線的基板之情況下，因為配線的疏密而引起在基板面內產生熱膨脹係數不同的位置，結果，引起不均勻的膨脹之緣故。被曝光物10和光罩的膨脹係數不同，亦為原因之一。因為該不均勻的膨脹引起的配線基板的畸變或變形，在曝光的最中央產生，而且變形量一直變化，因此即使事先修正遮罩上的圖案，亦沒有辦法完全因應。再者，受到設置在曝光裝置內部的金屬氫化物燈的排熱之影響，而使裝置內部變熱而產生所謂在透鏡或鏡子發生畸變的問題。導致該光學系統的畸變不能控制。該實驗結果係明確地表示無法單純的組合遮罩曝光方法和藉由第2光源的曝光反應加速。
第9圖係表示與本發明的無遮罩曝光裝置的其他實施形態的概略構成圖。該曝光裝置具備有：載置台11，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂10a的被曝光基板10而移動；第1光源1，係射出包含紫外光(350至390nm)的範圍之波長成份的光；第1照射光學系統50，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變從前述第1光源1射出的光束55，用以在位於載置台11上的被曝光基板10的感光性樹脂層10a上成像圖案而曝光描繪；第2光源2，係射出包含可見至紅外光(波長450nm至2500nm)的範圍，包含波長成份至少一部份的光；以及第2照射光學系統60，係導光從前述第2光源射出的光束65，俾使沒有漏洩地照射已被前述第1照射光學系統50曝光描繪的第1照射區域。
與第1圖所示的實施形態之不同，係第1光源1的射出光的波長、圖案的描繪方法、第2光源2的射出光的波長範圍。一般做為配線基板製造用而使用的感光性樹脂，通常考慮其感光主波長為365nm(i線)，在本實施形態中，使用射出與一般使用的感光性樹脂的感光特性一致的光之光源做為第1光源。在第1圖所示的實施形態中，為了調變從第1光源1射出的光束，以DMD做為光學調變系統，但在現階段可大量且低價的獲得的DMD之紫外光耐性壽命不足。因此，在本實施形態中，取代以DMD調變，而使用多角鏡56的光束掃描光學系統6。因而，本實施形態的第1照射光學系統，係組合第1導光光學系統52和音響光學元件58、多角鏡56、和f－θ透鏡57而構成。雖然亦可使用多角鏡以外的光束掃描光學系統，例如亦可使用電流鏡，但可低價的實現高速的光束掃描之光學系統以多角鏡為佳。若可大量且低價的獲得紫外光耐性壽性高的DMD或DMD以外的2次元光調變元件，例如GLV(Grating Light Valve)、SLM(Spatial Light Modulator)，亦可使用這些空間調變元件。
在本實施形態中，光束掃描光學系統6藉由調變控制部9，精密且高速地控制，在感光性樹脂層10a上可描繪期望圖案，設置有第1照射光學系統50的一部分之光束掃描光學系統6的掃描和載置台11的掃描，為連合動作的組合。
又，與第1圖所示的實施形態相比，第1光源1射出的光的波長偏到短波長側的結果，所射入的光量子的能量增大，而使來自第2光源2的照射光的光量子能量減小而足夠。結果，從第2光源2的照射光與第1圖所示的實施形態相比，可為長波長側的波長成分。當然，本實施形態與第1圖所示的實施形態相同，亦可的第2光源2。
當具體例示本實施形態的第1光源1時，雖然指出固體激起雷射光源(YAG－3H)、超高壓水銀燈等，但以所謂小型且省能源的觀點來看，以紫外線二極體光源(LED或LD)較佳。在現階段，由於以紫外線二極體光源獲得高輸出的紫外光較為困難，故在本實施形態中，藉由與第2光源2的輔助性照射之相乘效果，確保使用的曝光產率。
在本實施形態使用的第2光源2為射出包含波長範圍＝2500至25000nm的紅外範圍的波長成分之光源。具體而言，亦可並列多數個紅外光的半導體雷射光源而構成，或者為鹵燈、氙氣燈、金屬氫化物燈等亦可。又，若使用雷射光源，以高速進行光束掃描，則可省略遮光裙襬等步驟。
上述以外的構成，具體而言，被曝光基板10及感光性樹脂10a、載置台11及載置台控制器13、主控制部30、記憶裝置31、資料顯示手段32、資料輸入手段33、生產計劃．管理系統35、CAD系統38、網路39等，和第1圖例示的實施形態相同。
第10圖係表示本發明的無遮罩曝光裝置的另一實施形態的概略構成圖。該曝光裝置係具備有：載置台11，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂層10a的被曝光基板10而移動；第1光源1，係射出包含藍紫光(300nm至410nm)的範圍之波長成份的光；第2光源2，係射出包含可見至近紅外光的(波長450nm至2500nm)的範圍之波長成份至少一部份的光；合波光學系統4，係使從前述第1光源1所射出的光束55、和從前述第2光源2所射出的光束65合波；以及合波光照射光學系統16，係依據期望的被曝光圖案的資料，調變已被合波的合波光束15時，在載置於載置台11上的被曝光基板10的感光性樹脂層10a上成像圖案，而曝光描繪。此外，合波光照射光學系統16，係由合波光導光光學系統17和合波光調變光學系統18、和合波光成像光學系統19所構成。
在本實施形態中，可使用2次元的光調變元件等，做為合光調變光學系統18。具體而言，為DMD等的光調變元件。入射到合波調變光學系統18的合波光，由於不包含紫外光成分(<400nm)，因此不需要紫外線耐光壽命，而以所謂可廉價且大量獲得的觀點來看，以DMD較佳。
在本實施形態中，由於在合波波長分布有很大不同的2個系統的光束之後予以成像，因此在合波光成像之際，產生色收差，在合波光束15的成分內，來自第1光源1的光束55和第2光源2的光束65，合焦位置不同。在本實施形態中，以更短波長側成份的第1光源1的光束55的焦點位置為基準，進行與載置台11的位置對準及高度對準。亦即，第1光源1的光束55由於活性化被曝光基板10的感光性樹脂層10a的感光分子，因此在第1光源1的光束55的成像位置，進行感光反應，獲得與成像形狀對應的圖案。另外，第2光源2的光束不包含電子激起感光性樹脂層10a的感光分子之光量子成分，因而，第2光源2的光束65的成像位置、或成像形狀，與感光反應的進行沒有直接的關係(有間接的關係)。換言之，第2光源2的光束65的成像位置、或成像形狀，若在第1光源1的光束55的成像位置附近，則沒有問題。
在本實施形態中，如上所述，由於在合波第1光源1所射出的光束55、和第2光源2所射出的光束65之後成像，因此2個系統的光源之光成分，必然同時照射在大致相同場所。
此外，若類似上述第1圖、第9圖、第10圖所例示的構成的曝光裝置，則可以沒有問題的運用在本發明。例如，該曝光裝置(未圖示)係具備有：載置台11，係載置形成有對紫外光具有感度的感光性樹脂層10a的被曝光基板10而移動；第1光源1，係射出包含藍紫光(400nm至410nm)的範圍之波長成份的光；第1調變光學系統53，係調變來自第1光源的光束55；第2光源2，係射出包含可見至近紅外光的(波長450nm至2500nm)的範圍之波長成份至少一部份的光；第2調變光學系統63，係調變來自第2光源的光束65；調變合波光學系統20，係合波前述第1調變光學系統53所調變而成的第1調變光54、和以前述第2調變光學系統63所調變而成的第2調變光64；以及調變合波成像光學系統22，係將已前述調變合波光學系統20所合波而成的調變合波光束21，在載置於載置台11上的被曝光基板10的感光性樹脂層10a上成像圖案。此外，合波光照射光學系統16，係由合波光導光光學系統17和合波光調變光學系統18、和合波光成像光學系統19所構成。該曝光裝置的特徵，係在分別調變2個系統的光源的光束之後而合波的點，雖然需要具備2個系統的調變系統，但從所謂可選擇與光源的特性吻合的調變系統之觀點來看較為有利。
此外，在不違反本發明之目的的範圍內，可適當組合在此例示的構成，或者與一般的構成併用的曝光裝置亦可使用在本發明。
根據上述所說明的實施形態，使用無遮罩直接曝光裝置，曝光感光性樹脂的曝光製程的產率增大。又，藉由使用本發明的無遮罩直接曝光裝置進行曝光，可增大配線基板製造的產率。
1．．．第1光源
2．．．第2光源
3．．．遮光縫隙
4．．．合波光學系統
5．．．調變光學要素
6．．．光束掃描光學系統
7．．．成像光學系統
8．．．光束成形光學系統
9．．．調變控制部
10．．．被曝光基板
10a．．．感光性樹脂層
11．．．載置台
13．．．載置台控制器
15．．．合波光束
16．．．合波光照射光學系統
17．．．合波光導波光學系統
18．．．合波光調變光學系統
19．．．合波光成像光學系統
20．．．調變合波光學系統
21．．．調變合波光束
30．．．主控制部
31．．．記憶裝置
32．．．資料顯示手段
33．．．資料輸入手段
35．．．生產計劃．管理系統
38．．．CAD系統
39．．．網路
50．．．第1照射光學系統
52．．．第1導光光學系統
53．．．第1調變光學系統
54．．．第1調變光
55．．．從第1光源射出的光束
56．．．多角鏡
57．．．f－θ透鏡
58．．．音響光學元件
60．．．第2照射光學系統
61．．．過濾器
62．．．第2導光光學系統
63．．．第2調變光學系統
64．．．第2調變光
65．．．從第2光源射出的光束
第1圖係本發明的曝光裝置的第1實施形態的概略構成圖。
第2圖係使用本發明的曝光裝置的圖案描繪例的要點之圖。
第3圖係使用本發明的曝光裝置的其他圖案描繪例的要點之圖。
第4圖係感光性樹脂的典型的感光感度特性的一例之圖。
第5圖係於本發明的曝光機所使用的第2光源的分光放射特性之一例。
第6圖係於本發明的曝光機的被曝光物的受光強度狀態的一例之概念圖。
第7圖係於本發明的曝光機的被曝光物的受光強度狀態的其他例之概念圖。
第8圖係於本發明的曝光機的被曝光物的受光強度狀態的另一例之概念圖。
第9圖係本發明的曝光裝置的其他實施形態的概略構成圖。
第10圖係本發明的曝光裝置的又一實施形態的概略構成圖。
1．．．第1光源
2．．．第2光源
3．．．遮光縫隙
5．．．調變光學要素
7．．．成像光學系統
7a、7b、7c、7d．．．光學構件
8．．．光束成形光學系統
9．．．調變控制部
10．．．被曝光基板
10a．．．感光性樹脂層
11．．．載置台
13．．．載置台控制器
30．．．主控制部
31．．．記憶裝置
32．．．資料顯示手段
33．．．資料輸入手段
35．．．生產計劃．管理系統
38．．．CAD系統
39．．．網路
52a、52b、52c．．．第1導光光學系統
55．．．從第1光源射出的光束
61．．．過濾器
65．．．從第2光源射出的光束

Claims (5)

  1. 一種曝光方法，係於基板上所形成之對紫外光具有感度的感光性樹脂上，將曝光圖案直接曝光之曝光方法，包含：為了射出只由波長400~410nm的波長範圍之一波長成分所構成的光，而利用數位微型鏡裝置，根據所期望的被曝光圖案的資料來調變從第1光源射出的照射光束；為了使前述感光性樹脂層的曝光成為可能，且生成前述所期望的曝光圖案，而將其結果被調變的照射光束照射於前述感光性樹脂層上；然後為了使前述感光性樹脂層的曝光成為可能，且增大前述感光性樹脂層的感光反應，而將從用以射出包含波長450~2500nm的波長範圍之一波長成分的光之第2光源所射出的第2照射光束，與實質上前述的結果被調變的照射光束之往前述感光性樹脂層上的照射同時照射於前述感光性樹脂層上。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，前述感光性樹脂，係由電鍍抗蝕劑、蝕刻抗蝕劑、銲料抗蝕劑中任一種形成。
  3. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，前述感光性樹脂，係由變性丙烯酸酯系單體以及變性甲基丙烯酸酯系單體任一種形成。
  4. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中前述第二光束不併入前述期望的被曝光圖案。
  5. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中前述波長400~410nm的波長範圍係使前述數位微型鏡裝置的耐性延長。
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