(57)【要約】【課題】  大画面用の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の作製に好適なパターン形成方法及びＴＦＴアレイ基板並びに液晶表示素子の提供。【解決手段】  ポジ型感光性組成物を用いて基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成するポジ型感光層形成工程と、光照射手段からの光を受光し出射する描素部をｎ個有する光変調手段により、前記光照射手段からの光を変調させた後に、前記描素部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させた光によって、前記ポジ型感光層を、露光する露光工程と、該露光工程により露光されたポジ型感光層を現像する現像工程とを含むパターン形成方法である。【選択図】  図１
2006003422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポジ型感光性組成物を用いて基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成するポジ型感光層形成工程と、
光照射手段からの光を受光し出射する描素部をｎ個有する光変調手段により、前記光照射手段からの光を変調させた後に、前記描素部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させた光によって、前記ポジ型感光層を、露光する露光工程と、
該露光工程により露光されたポジ型感光層を現像する現像工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
ポジ型感光層が、ポジ型感光性組成物を基材の表面に塗布し、乾燥することにより形成される請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
ポジ型感光性組成物が、ノボラック型フェノール樹脂、１,２−キノンジアジド化合物、及び溶解促進剤を含有する請求項１から２のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項４】
露光工程において少なくとも２段階の強度変調露光を行い、かつ現像工程において２種以上の現像強度の異なる現像液を用いて現像を行う請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
非球面が、トーリック面である請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
光変調手段が、ｎ個の描素部の中から連続的に配置された任意のｎ個未満の前記描素部をパターン情報に応じて制御可能である請求項１から５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
光変調手段が、空間光変調素子である請求項１から６のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項８】
空間光変調素子が、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
露光が、アパーチャアレイを通して行われる請求項１から８のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
露光が、露光光と感光層とを相対的に移動させながら行われる請求項１から９のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
光照射手段が、２以上の光を合成して照射可能である請求項１から１０のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
光照射手段が、複数のレーザと、マルチモード光ファイバと、該複数のレーザからそれぞれ照射されたレーザビームを集光して前記マルチモード光ファイバに結合させる集合光学系とを備える請求項１から１１のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
レーザ光の波長が３９５〜４１５ｎｍである請求項１２に記載のパターン形成方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載のパターン形成方法により形成されたことを特徴とするＴＦＴアレイ基板。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＴＦＴアレイ基板を用いたことを特徴とする液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大画面用の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の作製に好適なパターン形成方法及びＴＦＴアレイ基板並びに液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の基板の大型化や高精細化の動向に伴って、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や電極板の製造時に使用するエッチングフォトレジストには、高感度化、均一性、省レジスト化を中心として、各種基板との密着性、ドライエッチング耐性（耐熱性）などが望まれている。特に、前記均一性に関しては基板の大型化により、基板の中央部と周辺部に関する塗布膜厚の均一性や高解像度化による寸法均一性、膜厚、形状など様々な部分で要求が厳しくなっている。
【０００３】
従来のエッチングフォトレジストとしては、例えば、アルカリ可溶性フェノールノボラック樹脂、１，２−キノンジアジド化合物、及び溶剤を含み、更に必要に応じて密着促進剤、塗布助剤、着色剤等を含有する液状組成物が提案されている（特許文献１及び２参照）。
この場合、ＴＦＴアレイ基板やＰＤＰの電極板の製造は、ガラス基板や透明プラスチック基板上にスパッタした導電性基材や絶縁性基材上に、エッチングフォトレジストを塗布し、乾燥、パターン露光、現像、エッチング、レジスト剥離の工程（以下、「フォトエッチング工程」と称することがある）を各層の薄膜に施すことにより行われる。
前記エッチングには、各種液体エッチャントを用いるウエットエッチング法と、減圧装置内でプラズマによりガスを分解して発生させたイオンやラジカル（活性種）を用いて、基板上の膜を気化除去するドライエッチング法とがある。
【０００４】
このようなフォトエッチングによる微細パターンの形成のために、１，２−キノンジアジド基を感光基とする感光性物質と、フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶性のノボラック系樹脂からの、２成分を主成分とするフォトレジスト組成物が一般的に使用されている。フォトレジスト膜の塗布厚みは０．５〜数μｍが一般的である。
このようなフォトレジスト組成物を使い、画像パターン寸法が０．３μｍ程度のサブハーフミクロン領域のものから、数十〜数百μｍ程度のかなり大きな寸法幅のものまで、広い範囲に渡る寸法の画像が形成され、各種基板表面の微細加工を可能としている。
【０００５】
このタイプのフォトレジスト組成物はアルカリ水現像可能なポジ型フォトレジストであって、例えば、ゴム系のネガ型フォトレジストより広く使われている。これは、（１）ネガ型ゴム系フォトレジストよりも、ポジ型フォトレジストの方が解像性が優れていること、（２）耐酸性・耐エッチング特性が良好であること、（３）非溶剤現像のため廃液処理の問題が溶剤系ほどには大きくないこと、（４）最も大きな違いとして、ポジ型では現像時の膨潤に起因する画像寸法変化は極めて小さく、寸法制御性が比較的容易なこと、などが理由として挙げられる。
また、ＬＣＤ等の分野でも、ＴＦＴ、ＳＴＮなどの技術の進展に伴い、線幅が細くなり微細化する傾向となり、例えば、従来のＴＮ、ＳＴＮ液晶を利用した素子では、２００μｍ〜数百μｍ程度の設計寸法であったものが、新技術の開発で最小設計寸法が１００μｍ以下に、また、応答性又は画像性の良好なＴＦＴ表示素子では数μｍレベルまで微細化している。
【０００６】
一方、フォトレジスト材料に期待される特性としては、上記の微細な加工能力を保有しつつ、大面積への対応が必要とされている。液晶ディスプレイの大型基板化やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）のように初めから大画面を指向した基板には面内の膜厚均一性を実現することが重要な技術となりつつある。
また、大面積のディスプレイにおける共通の課題としては、コストダウンを一層進める必要があり、使用するフォトレジストの省液化も課題になっている。また、面内の膜厚均一性の改善と使用するフォトレジストの省液化を達成すべく、コーティング方式の検討が続けられ、従来一般的であったスピンコーターから、新たにスリットコーターが開発されてきている。
しかしながら、ＬＣＤのＴＦＴ加工用に求められている技術としては、まず、解像性が２〜１０μｍと高く、メタイオンフリー現像、有機剥離液による剥離、ＩＴＯやＴａ、Ａｌ等の金属薄膜やＳｉＮｘ、ＩＴＯなど無機薄膜のエッチング加工である。これに対応するには、数ミクロン厚のフォトレジスト層、各種スパッタ済み金属膜や無機薄膜材料への密着性、膜厚均一性などが主な課題である。
【０００７】
また、従来より、前記フォトリソグラフィー法に用いる露光装置としては、フォトマスクを用いた露光方式が一般的である。しかし、基板の大型化対応での均一露光技術やフォトマスクの位置ずれやプロセス中の異物付着によるマスク汚れが問題になっている。
近年、これらの露光機とフォトマスクに基づく問題の解決策として、配線パターン等のデジタルデータから形成された露光パターンに基づいて、半導体レーザ、ガスレーザなどの紫外から可視領域のレーザ光を感光層上に直接スキャンしてパターニングを行う、レーザダイレクトイメージング（以下、「ＬＤＩ」と称することがある）システムによる露光装置が研究されている。
【０００８】
例えば、約１ｍ角以上の大画面ＬＣＤをフォトリソグラフィーで製造する場合、微細なＴＦＴを多数欠陥無く大型基板上に形成する必要がある。例えば、ＨＤＴＶ規格の１０２４×１０２４画素を表示するパネルは画素数が１９７万個必要である。つまり、数万〜数百万個の画素に必要なＴＦＴパネルには、同一基板上の１個たりとも欠陥が許されないという品質上の厳しさが要求される。この点ＣＰＵなど向けにはせいぜい直径３０ｃｍサイズのシリコン基板上に形成し、良品チップのみを分画して製造することのできる、半導体や超ＬＳＩチップなどのためのフォトリソグラフィーとは大きく事情が異なる。
【０００９】
このようないわゆるジャイアントマイクロリソグラフィーにおける露光機としては、大画面のＬＣＤ用には、既に巨大なレンズなどの光学系を使用するタイプは対応が困難になってきており、分割露光システムが提案されている。しかし、この分割露光では分割部分のパターンのつなぎ部の精度などに問題があり、未だ決定的なものは現れていない。
また、ＴＦＴの製造工程におけるコストダウンを進めるため、工程数の減少は有利であるが、それを実現する方法として、ハーフトーンマスクを利用する技術が注目されている（特許文献３及び４参照）。この技術のネックになっているのが高価なハーフトーンマスクの使用に起因するコストアップの問題である。
【００１０】
したがってフォトマスクを使用しないで直接パターン化が可能であり、ハーフトーンマスク法と同等の機能が低コストで実現でき、ＴＦＴアレイ基板の製造工程数を減少可能であり、高生産性、低コスト生産及び高歩留まり生産が実現できるシステムは未だ提供されておらず、その速やかな開発が望まれているのが現状である。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−２７６５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５４６６号公報
【特許文献３】特開２０００−２０６５７１号公報
【特許文献４】特開２００１−３２４７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、フォトマスクを使用しないで直接パターン化が可能になり、ハーフトーンマスク法と同等の機能が低コストで実現でき、ＴＦＴ製造工程の数を減少でき、高生産性、低コスト生産及び高歩留まりの生産が実現できるパターン形成方法及びＴＦＴアレイ基板並びに該ＴＦＴアレイ基板を用いた液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ポジ型フォトレジストを使用したリソグラフィー法パターン形成において、露光工程が、光照射手段からの光を受光し出射する描画部をｎ個有する光変調手段により、前記光照射手段からの光を変調させた後に、前記描画部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させた光によって、前記感光層を露光するパターン形成方法が極めて有利であることを知見した。また、本発明のパターン形成方法における露光工程においては、照射光量を少なくとも２段階に変化させる制御を行うことにより、有利に、ハーフトーンマスクと同等の露光を低コストで実現できるため、ＴＦＴアレイ基板の製造工程での工程数の減少が可能となることを知見した。
【００１４】
本発明は、本発明者らの前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  ポジ型感光性組成物を用いて基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成するポジ型感光層形成工程と、
光照射手段からの光を受光し出射する描素部をｎ個有する光変調手段により、前記光照射手段からの光を変調させた後に、前記描素部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させた光によって、前記ポジ型感光層を、露光する露光工程と、
該露光工程により露光されたポジ型感光層を現像する現像工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法である。
＜２＞  ポジ型感光層が、ポジ型感光性組成物を基材の表面に塗布し、乾燥することにより形成される前記＜１＞に記載のパターン形成方法である。
＜３＞  ポジ型感光性組成物が、ノボラック型フェノール樹脂、１,２−キノンジアジド化合物、及び溶解促進剤を含有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜４＞  露光工程において少なくとも２段階の強度変調露光を行い、かつ現像工程において２種以上の現像強度の異なる現像液を用いて現像を行う前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。該＜４＞のパターン形成方法においては、露光工程で照射光量を少なくとも２段階に変化させる強度変調制御を行うことにより、有利に、ハーフトーンマスクと同等の露光を低コストで実現でき、合わせて、現像工程において２種以上の現像強度の異なる現像液を用いて現像を行うことにより、ＴＦＴアレイ基板の製造工程での工程数の減少が可能となる。
＜５＞  非球面が、トーリック面である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜６＞  光変調手段が、ｎ個の描素部の中から連続的に配置された任意のｎ個未満の前記描素部をパターン情報に応じて制御可能である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜７＞  光変調手段が、空間光変調素子である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜８＞  空間光変調素子が、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である前記＜７＞に記載のパターン形成方法である。
＜９＞  露光が、アパーチャアレイを通して行われる前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜１０＞  露光が、露光光と感光層とを相対的に移動させながら行われる前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜１１＞  光照射手段が、２以上の光を合成して照射可能である前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜１２＞  光照射手段が、複数のレーザと、マルチモード光ファイバと、該複数のレーザからそれぞれ照射されたレーザビームを集光して前記マルチモード光ファイバに結合させる集合光学系とを備える前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載のパターン形成方法である。
＜１３＞  レーザ光の波長が３９５〜４１５ｎｍである前記＜１２＞に記載のパターン形成方法である。
＜１４＞  前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載のパターン形成方法により形成されたことを特徴とするＴＦＴアレイ基板である。
＜１５＞  前記＜１４＞に記載のＴＦＴアレイ基板を用いたことを特徴とする液晶表示素子である。
【００１５】
本発明のパターン形成方法は、少なくともポジ型感光層形成工程と、露光工程と、現像工程を含んでなる。前記ポジ型感光層形成工程においては、ポジ型感光性組成物を用いて基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成する。前記露光工程では、光照射手段からの光を受光し出射する描素部をｎ個有する光変調手段により、前記光照射手段からの光を変調させた後に、前記描素部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させた光によって、前記ポジ型感光層を、露光する。前記現像工程では、該露光工程により露光されたポジ型感光層を現像する。その結果、高タクトが達成可能となり、高精度なパターン形成が可能となり、大画面の中にＴＦＴアレイを密に欠陥なく生産することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、従来における問題を解決することができ、フォトマスクを使用しないで直接パターン化が可能になり、フォトマスク起因の問題が解消されるので、歩留まりが向上する。また、ハーフトーンマスク法と同等の機能が低コストで実現でき、ＴＦＴ製造工程の数を減少可能である。したがって、本発明の露光装置と高感度ポジ型感光性組成物を用いることで、高生産性、低コスト生産、及び高歩留まり生産が実現できるシステムが構築できる。
また、本発明によると、フォトマスクに起因する汚れが発生しないので、歩留まりが向上し、高感度なポジ型フォトレジストの使用により高生産性が実現でき、ハーフトーンマスクと同等の機能を高価なマスクを使用せずに実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（パターン形成方法、及びＴＦＴアレイ基板並びに液晶表示素子）
本発明のパターン形成方法は、少なくとも、ポジ型感光層形成工程と、露光工程と、現像工程とを含んでなり、更に必要に応じて適宜選択されたその他の工程を含んでなる。
本発明のＴＦＴアレイ基板は、本発明の前記パターン形成方法により製造される。
本発明の液晶表示素子は、本発明の前記ＴＦＴアレイ基板を用いてなり、更に必要に応じてその他の部材を有してなる。
以下、本発明のパターン形成方法の説明を通じて、本発明のＴＦＴアレイ基板及び液晶表示素子の詳細についても明らかにする。
【００１８】
［ポジ型感光層形成工程］
ポジ型感光層形成工程は、少なくともバインダーを含むポジ型感光性組成物を用いて基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成し、更に適宜選択されたその他の層を形成する工程である。
【００１９】
前記ポジ型感光層、及びその他の層を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、塗布により形成する方法、シート状の各層を加圧及び加熱の少なくともいずれかを行うことにより、ラミネートする方法、それらの併用などが挙げられる。
前記ポジ型感光層形成工程としては、以下に示す第１の態様のポジ型感光層形成工程及び第２の態様のポジ型感光層形成工程が好適に挙げられる。
【００２０】
前記第１態様のポジ型感光層形成工程としては、前記ポジ型感光性組成物を基材の表面に塗布し、乾燥することにより、基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成し、更に、適宜選択したその他の層を形成する工程が挙げられる。
【００２１】
前記第２態様のポジ型感光層形成工程としては、前記ポジ型感光性組成物をフィルム状に成形した感光性フィルムを基材の表面に加熱及び加圧の少なくともいずれかの下において積層することにより、基材の表面に、少なくとも、ポジ型感光層を形成し、更に、適宜選択したその他の層を形成する工程が挙げられる。
【００２２】
前記第１態様のポジ型感光層形成工程において、前記塗布及び乾燥の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記基材の表面に、前記ポジ型感光性組成物を、水又は溶剤に溶解、乳化又は分散させてポジ型感光性組成物溶液を調製し、該溶液を直接塗布し、乾燥させることにより積層する方法が挙げられる。
【００２３】
前記ポジ型感光性組成物溶液の溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｎ−ヘキサノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジイソブチルケトン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸−ｎ−アミル、硫酸メチル、プロピオン酸エチル、フタル酸ジメチル、安息香酸エチル、メトキシプロピルアセテート等のエステル類；トルエン、キシレン、ベンゼン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類；四塩化炭素、トリクロロエチレン、クロロホルム、１，１，１−トリクロロエタン、塩化メチレン、モノクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類；テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、１−メトキシ−２−プロパノール等のエーテル類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキサイド、スルホランなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
前記塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコーター、スリットスピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーターなどを用いて、前記基材に直接塗布する方法が挙げられる。
前記乾燥の条件としては、各成分、溶媒の種類、使用割合等によっても異なるが、通常６０〜１１０℃の温度で３０秒間〜１５分間程度である。
【００２５】
前記ポジ型感光層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、０．５〜１０μｍが好ましく、０．７５〜６μｍがより好ましく、１〜３μｍが特に好ましい。
【００２６】
前記第１態様のポジ型感光層形成工程において形成されるその他の層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、クッション層、酸素遮断層、剥離層、接着層、光吸収層、表面保護層などが挙げられる。
前記その他の層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ポジ型感光層上に塗布する方法などが挙げられる。
【００２７】
前記第２態様のポジ型感光層形成工程において、基材の表面に感光層、及び必要に応じて適宜選択されるその他の層を形成する方法としては、前記基材の表面に支持体と該支持体上にポジ型感光性組成物が積層されてなる感光層と、必要に応じて適宜選択されるその他の層とを有する感光性フィルムを加熱及び加圧の少なくともいずれかを行いながら積層する方法が挙げられ、支持体上にポジ型感光性組成物が積層されてなる感光性フィルムを、該ポジ型感光層が基材の表面側となるように積層する。次いで、支持体をポジ型感光層上から剥離する方法が好適に挙げられる。
前記支持体を剥離することにより、支持体による光の散乱や屈折の等影響により、ポジ型感光性組成物層上に結像させる像にボケ像が生じることが防止され、所定のパターンが高解像度で得られる。
なお、前記感光性フィルムが、後述する保護フィルムを有する場合には、該保護フィルムを剥離し、前記基材に前記ポジ型感光層が重なるようにして積層するのが好ましい。
【００２８】
前記加熱温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、７０〜１３０℃が好ましく、８０〜１１０℃がより好ましい。
前記加圧の圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、０．０１〜１．０ＭＰａが好ましく、０．０５〜１．０ＭＰａがより好ましい。
【００２９】
前記加熱及び加圧の少なくともいずれかを行う装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヒートプレス、ヒートロールラミネーター（例えば、大成ラミネーター株式会社製、ＶＰ−ＩＩ）、真空ラミネーター（例えば、名機製作所製、ＭＶＬＰ５００）などが好適に挙げられる。
【００３０】
前記支持体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記ポジ型感光層を剥離可能であり、かつ光の透過性が良好であるのが好ましく、更に表面の平滑性が良好であるのがより好ましい。
【００３１】
前記支持体の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、４〜３００μｍが好ましく、５〜１７５μｍがより好ましく、１０〜１００μｍが特に好ましい。
【００３２】
前記支持体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、長尺状が好ましい。前記長尺状の支持体の長さとしては、特に制限はなく、例えば、１０ｍ〜２００００ｍの長さのものが挙げられる。
【００３３】
前記支持体は、合成樹脂製であり、かつ透明であるものが好ましく、例えば、三酢酸セルロース、二酢酸セルロース等のセルロース系フィルム；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ（メタ）アクリル酸アルキルエステル、ポリ（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリスチレン、セロファン、ポリ塩化ビニリデン共重合体、ポリアミド、ポリイミド、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体、ポリテトラフロロエチレン、ポリトリフロロエチレン、ナイロン等の各種のプラスチックフィルムが挙げられ、これらの中でも、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
なお、前記支持体としては、例えば、特開平４−２０８９４０号公報、特開平５−８０５０３号公報、特開平５−１７３３２０号公報、特開平５−７２７２４号公報などに記載の支持体を用いることもできる。
【００３４】
前記感光性フィルムにおけるポジ型感光層の形成は、前記基材への前記ポジ型感光性組成物溶液の塗布及び乾燥（前記第１の態様の感光層形成方法）と同様な方法で行うことができ、例えば、該ポジ型感光性組成物溶液をスピンコーター、スリットスピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーターなどを用いて塗布する方法が挙げられる。
【００３５】
前記保護フィルムは、前記ポジ型感光層の汚れや損傷を防止し、保護する機能を有するフィルムである。
前記保護フィルムの厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、５〜１００μｍが好ましく、８〜５０μｍがより好ましく、１０〜４０μｍが特に好ましい。
【００３６】
前記保護フィルムの前記感光性フィルムにおいて設けられる箇所としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、通常、前記ポジ型感光層上に設けられる。
【００３７】
前記保護フィルムを用いる場合、前記ポジ型感光層及び前記支持体の接着力Ａと、前記ポジ光層及び保護フィルムの接着力Ｂとの関係としては、接着力Ａ＞接着力Ｂであることが好適である。
【００３８】
前記支持体と前記保護フィルムとの静摩擦係数としては、０．３〜１．４が好ましく、０．５〜１．２がより好ましい。
前記静摩擦係数が、０．３未満であると、滑り過ぎるため、ロール状にした場合に巻ズレが発生することがあり、１．４を超えると、良好なロール状に巻くことが困難となることがある。
【００３９】
前記保護フィルムとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記支持体に使用されるもの、シリコーン紙、ポリエチレン、ポリプロピレンがラミネートされた紙、ポリオレフイン又はポリテトラフルオロエチレンシート、などが挙げられ、これらの中でも、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルムなどが特に好ましいものとして挙げられる。
前記支持体と保護フィルムとの組合せ（支持体／保護フィルム）としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート／ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート／ポリエチレン、ポリ塩化ビニル／セロファン、ポリイミド／ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート／ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。
【００４０】
前記保護フィルムとしては、上述の接着力の関係を満たすために、前記保護フィルムと前記ポジ型感光層との接着性を調整するために表面処理することが好ましい。
前記支持体の表面処理方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、下塗層の塗設、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線照射処理、高周波照射処理、グロー放電照射処理、活性プラズマ照射処理、レーザ光線照射処理などが挙げられる。
前記下塗層の塗設方法の具体例としては、例えば、前記保護フィルムの表面に、ポリオルガノシロキサン、弗素化ポリオレフイン、ポリフルオロエチレン、ポリビニルアルコール等のポリマーからなる下塗層を形成させる。該下塗層の形成は、前記ポリマーの塗布液を前記保護フィルムの表面に塗布した後、３０〜１５０℃（特に５０〜１２０℃）で１〜３０分間乾燥させることにより形成する方法が挙げられる。
【００４１】
前記その他の層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱可塑性樹脂層、中間層、などが挙げられる。
【００４２】
−熱可塑性樹脂層−
前記熱可塑性樹脂層は、アルカリ現像を可能とし、また、転写時にはみ出した該アルカリ可溶な熱可塑性樹脂層により被転写体が汚染されるのを防止可能とする観点からアルカリ可溶性であることが好ましく、前記感光性フィルムを被転写体上に転写させる際、該被転写体上に存在する凹凸に起因して発生する転写不良を効果的に防止するクッション材としての機能を有していることが好ましく、該感光性フィルムを前記被転写体上に加熱密着させた際に該被転写体上に存在する凹凸に応じて変形可能であるのがより好ましい。
【００４３】
前記熱可塑性樹脂層に用いる材料としては、例えば、特開平５−７２７２４号公報に記載されている有機高分子物質が好ましく、ヴイカーＶｉｃａｔ法（具体的には、アメリカ材料試験法エーエステーエムデーＡＳＴＭＤ１２３５によるポリマー軟化点測定法）による軟化点が約８０℃以下の有機高分子物質より選択されることが特に好ましい。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフイン、エチレンと酢酸ビニル又はそのケン化物の様なエチレン共重合体、エチレンとアクリル酸エステル又はそのケン化物、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニル又はそのケン化物のような塩化ビニル共重合体、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデン共重合体、ポリスチレン、スチレンと（メタ）アクリル酸エステル又はそのケン化物の様なスチレン共重合体、ポリビニルトルエン、ビニルトルエンと（メタ）アクリル酸エステル又はそのケン化物の様なビニルトルエン共重合体、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸プチルと酢酸ビニル等の（メタ）アクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニル共重合体ナイロン、共重合ナイロン、Ｎ−アルコキシメチル化ナイロン、Ｎ−ジメチルアミノ化ナイロンの様なポリアミド樹脂等の有機高分子などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
前記熱可塑性樹脂層の乾操厚さは、２〜３０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましく、７〜１６μｍが特に好ましい。
【００４４】
−中間層−
前記中間層は、前記ポジ型感光層上に設けられ、前記感光性フィルムがアルカリ可溶な熱可塑性樹脂層を有する場合には該ポジ型感光層と該アルカリ可溶な熱可塑性樹脂層との間に設けられる。該ポジ型感光層と該アルカリ可溶な熱可塑性樹脂層との形成においは有機溶剤を用いるため、該中間層がその間に位置すると、両層が互いに混ざり合うのを防止することができる。
【００４５】
前記中間層としては、水又はアルカリ水溶液に分散乃至溶解するものが好ましい。
前記中間層の材料としては、公知のものを使用することができ、例えば、特開昭４６−２１２１号公報及び特公昭５６−４０８２４号公報に記載のポリビニルエーテル／無水マレイン酸重合体、カルボキシアルキルセルロースの水溶性塩、水溶性セルロースエーテル類、カルボキシアルキル澱粉の水溶性塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド類、水溶性ポリアミド、ポリアクリル酸の水溶性塩、ゼラチン、エチレンオキサイド重合体、各種澱粉及びその類似物からなる群の水溶性塩、スチレン／マレイン酸の共重合体、マレイネート樹脂、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも親水性高分子を使用するのが好ましく、該親水性高分子の中でも、少なくともポリビニルアルコールを使用するのが好ましく、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとの併用が特に好ましい。
【００４６】
前記ポリビニルアルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その鹸化率は８０％以上が好ましい。
前記ポリビニルピロリドンを使用する場合、その含有量としては、該中間層の固形分に対し、１〜７５体積％が好ましく、１〜６０体積％がより好ましく、１０〜５０体積％が特に好ましい。
前記含有量が、１体積％未満であると、前記感光層との十分な密着性が得られないことがあり、７５体積％を超えると、酸素遮断能が低下することがあり、好ましくない。
【００４７】
前記中間層は、酸素透過率が小さいことが好ましい。前記中間層の酸素透過率が大きく酸素遮断能が低い場合には、前記ポジ型感光層に対する露光時における光量をアップする必要が生じたり、露光時間を長くする必要が生ずることがあり、解像度も低下してしまうことがある。
【００４８】
前記中間層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、０．１〜５μｍが好ましく、０．５〜２μｍがより好ましい。
前記厚みが、０．１μｍ未満であると、酸素透過性が高過ぎてしまうことがあり、５μｍを超えると、現像時や中間層除去時に長時間を要し、好ましくない。
【００４９】
前記感光性フィルムの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記支持体上に、仮支持体上に、熱可塑性樹脂層と、中間層と、ポジ型感光層とを、この順に有してなる形態などが挙げられる。なお、前記ポジ型感光層は、単層であってもよいし、複数層であってもよい。
【００５０】
前記感光性フィルムは、例えば、円筒状の巻芯に巻き取って、長尺状でロール状に巻かれて保管されるのが好ましい。前記長尺状の感光性フィルムの長さとしては、特に制限はなく、例えば、１０〜２００００ｍの範囲から適宜選択することができる。また、ユーザーが使いやすいようにスリット加工し、１００〜１０００ｍの範囲の長尺体をロール状にしてもよい。なお、この場合には、前記支持体が一番外側になるように巻き取られるのが好ましい。また、前記ロール状の感光性フィルムをシート状にスリットしてもよい。保管の際、端面の保護、エッジフユージョンを防止する観点から、端面にはセパレーター（特に防湿性のもの、乾燥剤入りのもの）を設置するのが好ましく、また梱包も透湿性の低い素材を用いるのが好ましい。
【００５１】
前記感光性フィルムは、以下に詳細に説明する本発明のパターン形成方法に好適に用いることができる。
なお、前記第２態様の感光層形成方法により形成されたポジ型感光層を有する積層体への露光方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、支持体上にクッション層を介して存在する感光層からなるフィルムの場合は、前記支持体及びクッション層を剥離した後、前記酸素遮断層を介して前記ポジ型感光層を露光することが好ましい。
【００５２】
＜ポジ型感光層＞
前記ポジ型感光層形成工程で形成されるポジ型感光層は、１，２−キノンジアジド化合物と、ノボラック型フェノール樹脂、及び溶解促進剤を含有してなり、溶剤、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００５３】
−１，２−キノンジアジド化合物−
前記１，２−キノンジアジド化合物は、アルカリ可溶性樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性を抑制すると共に、放射線を受けることによって酸を発生し、アルカリ可溶性カルボン酸基含有樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解性を促進する化合物である。
【００５４】
前記１，２−キノンジアジド化合物としては、例えば、１，２−ベンゾキノンジアジドスルホン酸エステル類、１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類、１，２−ベンゾキノンジアジドスルホン酸アミド類、１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸アミド類、等が挙げられる。
前記１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類としては、例えば、トリヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、テトラヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、ペンタヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、ヘキサヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル、（ポリヒドロキシフェニル）アルカンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル等が挙げられる。
【００５５】
前記トリヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとしては、例えば、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，４，６−トリヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，４，６−トリヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル等が挙げられる。
前記テトラヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとしては、例えば、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，３，４，３’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４，３’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，３，４，２’−テトラヒドロキシ−４’−メチルベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４，２’−テトラヒドロキシ−４’−メチルベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，３，４，４’−テトラヒドロキシ−３’−メトキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４，４’−テトラヒドロキシ−３’−メトキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル等が挙げられる。
前記ペンタヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとしては、例えば、２，３，４，２’，６’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，３，４，２’，６’−ペンタヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル等が挙げられる。
前記ヘキサヒドロキシベンゾフェノンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとしては、例えば、２，４，６，３’，４’，５’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，４，６，３’，４’，５’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、３，４，５，３’，４’，５’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、３，４，５，３’，４’，５’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル等が挙げられる。
前記（ポリヒドロキシフェニル）アルカンの１，２−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとしては、例えば、ビス（２，４−ジヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、ビス（２，４−ジヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、トリ（ｐ−ヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、トリ（ｐ−ヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、１，１，１−トリ（ｐ−ヒドロキシフェニル）エタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、１，１，１−トリ（ｐ−ヒドロキシフェニル）エタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、ビス（２，３，４−トリヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、ビス（２，３，４−トリヒドロキシフェニル）メタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，２−ビス（２，３，４−トリヒドロキシフェニル）プロパン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，２−ビス（２，３，４−トリヒドロキシフェニル）プロパン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、１，１，３−トリス（２，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−３−フェニルプロパン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、１，１，３−トリス（２，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−３−フェニルプロパン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、４，４’−〔１−〔４−〔１−〔４−ヒドロキシフェニル〕−１−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、４，４’−〔１−〔４−〔１−〔４−ヒドロキシフェニル〕−１−メチルエチル〕フェニル〕エチリデン〕ビスフェノール−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、ビス（２，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−２−ヒドロキシフェニルメタン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、ビス（２，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−２−ヒドロキシフェニルメタン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビインデン−５，６，７，５’，６’，７’−ヘキサノール−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビインデン−５，６，７，５’，６’，７’−ヘキサノール−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、２，２，４−トリメチル−７，２’，４’−トリヒドロキシフラバン−１，２−ナフトキノンジアジド−４−スルホン酸エステル、２，２，４−トリメチル−７，２’，４’−トリヒドロキシフラバン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル等が挙げられる。
これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
これらの中でも、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル、３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビインダン−５，６，７，５’，６’，７’−ヘキサノール−１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステルが好ましい。
【００５６】
前記１，２−キノンジアジド化合物の含有量は、前記ポジ型感光性組成物中の全固形分の５〜９０質量％が好ましく、１０〜７０質量％がより好ましく、１５〜５０質量％が特に好ましい。前記含有量が５質量％未満であると、光の照射によって生成する酸の量が少ないため、光照射部分と未照射部分との現像液となるアルカリ水溶液に対する溶解度の差が小さく、精度の良いパターニングが困難となることがあり、９０質量％を超えると、短時間の光照射では、未反応のノボラック型フェノール樹脂が多量に残存するため、前記アルカリ水溶液への溶解性が不足し、現像することが困難となることがある。
【００５７】
−ノボラック型フェノール樹脂−
前記ノボラック型フェノール樹脂としては、アルカリ可溶性であることが好ましく、該アルカリ可溶性ノボラックフェノール樹脂は、フェノール類１モルに対してアルデヒド類０．６〜１．０モルを酸性触媒下、付加縮合することにより得られる。
【００５８】
前記フェノール類としては、例えば、フェノール、ｐ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｏ−クレゾール、２，３−ジメチルフェノール、２，４−ジメチルフェノール、２，５−ジメチルフェノール、２，６−ジメチルフェノール、３，４−ジメチルフェノール、３，５−ジメチルフェノール、２，３，４−トリメチルフェノール、２，３，５−トリメチルフェノール、３，４，５−トリメチルフェノール、２，４，５−トリメチルフェノール、メチレンビスフェノール、メチレンビスｐ−クレゾール、レゾルシン、カテコール、２−メチルレゾルシン、４−メチルレゾルシン、ｏ−クロロフェノール、ｍ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノール、２，３−ジクロロフェノール、ｐ−メトキシフェノール、ｍ−メトキシフェノール、ｐ−ブトキシフェノール、ｏ−エチルフェノール、ｍ−エチルフェノール、ｐ−エチルフェノール、２，３−ジエチルフェノール、２，５−ジエチルフェノール、ｐ−イソプロピルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、α−ナフトール、β−ナフトール・４−フェニルフェノールなどが挙げられ、これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
これらの中でも、特にクレゾール、ジメチルフェノール、トリメチルフェノールなどのアルキルフェノールの複数混合物を用いるのが好ましい。また、これらのフェノール類のモノメチロール化体、ジメチロール化体を置換フェノール類として用いることもできる。
【００５９】
前記アルデヒド類としては、例えば、ホルマリンの他、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、グリオキザール、クロロアセトアルデヒド、ジクロロアセトアルデヒド、ブロモアルデヒドなどが挙げられ、これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６０】
前記酸性触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、蟻酸、シュウ酸、酢酸等が挙げられる。
また、比較的狭い分子量分布を有するノボラック樹脂が、現像ラチチュードの広いフォトレジストを得るためには特に好ましい。このようなポリマーの分子量分布の広がりは、一般に重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）の比、即ち、Ｍｗ／Ｍｎ値(分散度)で表すことができる。分子量分布が広いほど数値は大きくなり、分子量分布のないものではこの比の値は１となる。典型的なポジ型フォトレジストに用いられるノボラック樹脂は比較的広い分子量分布を有しており、例えば、特聞昭６２−１７２３４１号公報に示されているように、多くは分散度が５〜１０の間にある。また、ＳＰＩＥブロシーディンク「Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｒｅｓｉｓｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｖ」第９２０巻、３４９ページには、分散度の値が３．０のものよりは、４．５５〜６．７５のものの方が高いγ値を与えることが示唆されている。
【００６１】
前記ノボラック型フェノール樹脂が、本発明の目的及び効果を達成するためには、分散度がこれらと異なり、１．５〜４．０が好ましく、２．０〜３．５がより好ましい。前記分散度が大きすぎる場合には、本発明の効果である広い現像ラチチュードが得られないことがあり、小さすぎると、ノボラック型フェノール樹脂を合成する上で、高度の精製工程を要するので実用上の現実性を欠くがゆえに不適切である。
【００６２】
前記小さな分散度を有するノボラック型フェノール樹脂を製造するには様々な方法が考えられる。
例えば、特定のフェノール性モノマーの選択、縮合反応条件の選択、更には分散度の大きな通常のノボラック型フェノール樹脂を分別沈澱する等の方法でこれを得ることができる。本発明の効果を得るためにはこれらのいずれの方法を用いて製造したものでもよい。
【００６３】
本発明のノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１０００〜６０００が好ましく、２０００〜４５００がより好ましい。前記重量平均分子量（Ｍｗ）が大きすぎると、上記同様に、広い現像ラチチュードを得る本発明の効果は得られないことがある。
【００６４】
前記１，２−キノンジアジド化合物と前記ノボラック型フェノール樹脂の使用比率は、ノボラック型フェノール樹脂１００質量部に対し１，２−キノンジアジド化合物５〜１００質量部が好ましく、１０〜５０質量部がより好ましい。この使用比率が５質量部未満であると、残膜率が著しく低下することがあり、１００質量部を超えると感度及び溶剤への溶解性が低下することがある。
【００６５】
−溶解促進剤−
前記溶解促進剤は、感度の向上などの目的で用いられるものであり、ポジ型感光性組成物への添加については多数の例が開示されている。例えば、特開昭６１−１４１４４１号公報には、トリヒドロキシベンゾフェノンを含有するポジ型フォトレジスト組成物が開示されている。このトリヒドロキシベンゾフェノンを含有するポジ型フォトレジストでは感度及び現像性が改善されるが、耐熱性やプロファイルが悪化するという問題があった。
また、特開昭６４−４４４３９号公報、特開平１−１７７０３２号公報、特開平１−２８０７４８号公報、特開平２−１０３５０号公報、特開平３−２００２５１号公報、特開平３−１９１３５１号公報、特開平３−２００２５５号公報、特開平４−２９９３４８号公報、及び特開平５−２０４１４４号公報には、トリヒドロキシベンゾフェノン以外の芳香族ポリヒドロキシ化合物を添加することにより、耐熱性を悪化させないで高感度化する工夫が示されている。しかし、かかる化合物はこれを添加すると未露光部の膜減りが増加し、結果としてレジストの形状を悪化させるのが普通である。また、現像速度を増加させるが故に、現像ラチチュードも低下するのが一般的である。従って、これらを最小限に抑えるようにして好ましい化合物の構造選択が行われてきた。
代表的なものとしては、分子中の炭素数の総数が１２〜５０であり、かつフェノール性水酸基の総数が２〜８の化合物を用いる。かかる化合物のうち、本発明で使用するノボラック型フェノール樹脂に添加した際に、該ノボラック型フェノール樹脂のアルカリ溶解速度を増大させる化合物が特に望ましい。また、炭素数が５１以上の化合物では本発明の効果が著しく減少することがある。また、１１以下の化合物では耐熱性が低下するなどの新たな欠点が発生する。本発明の効果を発揮させるためには、分子中に少なくとも２個の水酸基数を有することが好ましいが、これが９以上になると、現像ラチチュードの改良効果が失われることがある。
【００６６】
前記溶解促進剤としては、例えば、フェノール類、レゾルシン、フロログルシン、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４，３’，４’，５’−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、アセトン−ピロガロール縮合樹脂、プロログルシド、２，４，２’，４’−ビフェニルテトロール、４，４’−チオビス(１，３−ジヒドロキシ)ベンゼン、２，４，２’，４’−テトラヒドロキシジフェニルエーテル、２，４，２’，４’−テトラヒドロキシジフェニルスルホキシド、２，４，２’，４’−テトラヒドロキシジフェニルスルホン、トリス(４−ヒドロキジフェニル)メタン、１，１−ビス(4−ヒドロキジフェニル)シクロヘキサン、４，４’−(α−メチルベンジリデン)ビスフェノール、α,α’,α”−トリス(４−ヒドロキジフェニル)−１−１，３，５−トリイソプロピルベンゼン、α,α’,α”−トリス(４−ヒドロキジフェニル)−1−エチル−４−イソプロピルベンゼン、１，２，２−トリス(ヒドロキジフェニル)プロパン、１，１，２−トリス(３，５−ジメチル−４−ヒドロキジフェニル)プロパン、２，２，５，５−テトラキス(４−ヒドロキジフェニル)ヘキサン、１，１，２，２−テトラキス(４−ヒドロキジフェニル)エタン、１，１，３−トリス(ヒドロキジフェニル)ブタン、パラ[α,α,α’,α’−テトラキス(４−ヒドロキジフェニル)−キシレン等が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６７】
前記溶解促進剤の添加量は、前記ノボラック型フェノール樹脂に対し２〜３０質量％が好ましく、５〜２５質量％がより好ましい。前記添加量が３０質量％を超えると、現像時にバターンが変形するという新たな欠点が発生することがあり、２質量％未満であると、感度の向上などの目的を達成することが困難となることがある。
【００６８】
−その他の成分−
本発明のポジ型感光性組成物には、上記成分以外にも、種々の目的で、必要に応じてその他の添加剤を添加することができる。該その他の添加剤としては、例えば、密着促進剤、溶剤、界面活性剤、熱架橋剤、可塑剤、着色剤などが挙げられる。
【００６９】
前記密着促進剤としては、本発明のポジ型感光性組成物においては、基体との密着性を向上させるために、添加剤として密着促進剤を含有させることができる。このような密着促進剤としては、官能性シランカップリング剤を好適に用いることができる。
前記官能性シランカップリング剤とは、カルボキシル基、メタクリロイル基、イソシアネート基、エポキシ基等の反応性置換基を有するシラン化合物を意味する。該官能性シランカップリング剤としては、例えば、トリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。
前記密着促進剤の使用量は、前記ポジ型感光性組成物の全固形分の１０質量％以下が好ましく、７質量％以下が好ましい。
【００７０】
その他の密着促進剤としては、例えば、ベンズイミダゾール類やポリベンズイミダゾール類（特開平６−２７６５７号公報）、低級ヒドロキシアルキル置換ピリジン誘導体（特許第３０２４６９５号公報）、含窒素複素環化合物（特開平７−３３３８４１号公報）、ウレア又はチオウレア（特開平８−６２８４７号公報）、有機燐化合物（特開平１１−８４６４４号公報）、８−オキシキノリン、４−ヒドロキシプテリジン、１，１０−フェナントロリン、２，２’−ビピリジン誘導体（特開平１１−２２３９３７号公報）、ベンゾトリアゾール類（特開２０００−１７１９６８号公報）、有機燐化合物とフェニレンジアミン化合物、２−アミノ−１−フェニルエタノール、Ｎ−フェニルエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン，Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン又はその誘導体（特開平９−１５８５２号公報）、シクロヘキシル環、モルホリン環を有するベンゾチアゾール、ベンゾアチゾールアミン塩（特開平８−７６３７３号公報）などが挙げられる。
【００７１】
−熱架橋剤−
前記熱架橋剤は、フォトレジスト膜にドライエッチング耐性を向上する場合に添加することができる。熱架橋剤を添加し、ポストベークを行うことによりドライエッチング耐性が改善されるが、添加量とポストベーク条件は、剥離処理適性を考慮して選ぶ必要がある。
使用可能な熱架橋剤は保存安定性を考慮して選択される。
高分子型の熱架橋剤としては、例えば、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレートとメタクリル酸の共重合体、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレートとシクロヘキシルメタクリレートとメタクリル酸の共重合体、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレートとベンジルメタクリレートとメタクリル酸の共重合体などが挙げられる。
また、低分子型架橋剤としては、例えば、ビスフェノールＡ−ジ（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、フェノールノボラック樹脂のポリ（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ペンタエリスリトールテトラ（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、トリメチロールメタントリ（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）エーテルフェノール、ビスフェノールＡ−ジ（３−アセトキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、フェノールノボラック樹脂のポリ（３−アセトキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ペンタエリスリトールテトラ（３−アセトキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ペンタエリスリトールポリ（３−クロロアセトキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、トリメチロールメタントリ（３−アセトキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテルなどが挙げられる。
前記熱架橋剤化合物の添加量は、ポジ型感光性組成物の全固形分中の１〜５０質量％が好ましく、１．５〜３０質量％がより好ましく、３〜１０質量％が更に好ましい。
【００７２】
前記可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジドデシルフタレート、トリエチレングリコールジカプリレート、ジメチルグリコールフタレート、トリクレジルホスフェート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、トリアセチルグリセリン等が挙げられる。
前記可塑剤の添加量は、前記ポジ型感光性組成物の全固形分の３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましく、１０質量％以下が更に好ましい。
【００７３】
前記着色剤は、ポジ型感光層は使用時には、塗布後のポジ型感光層表面の性状や、塗布欠陥の検査のために着色する際に好適に用いられる。なお、前記着色剤は、それ自身の光吸収によりポジ型感光層の感度が阻害されないように選択される。
前記着色剤としては、トリアリールメタン染料や有機顔料が好ましい。前記有機顔料は樹脂中に微粒子分散した状態で添加される。好ましい染料としては、例えば、クリスタルバイオレット、メチルバイオレット、エチルバイオレット、オイルブルー＃６０３、ビクトリアピュアーブルーＢＯＨ、マラカイトグリーン、ダイアモンドグリーンなどが挙げられる。その他の染料としては、特開平１０−９７０６１号公報、特開平１０−１０４８２７号公報、特公平３−６８３７５号公報などに記載の着色剤が使用できる。
前記有機顔料としては、例えば、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、カーボンブラック、酸化チタン、ブリリアント・グリーン・ダイ（Ｃ．Ｉ．４２０４０）、ビクトリア・ラインブラウＦＧＡ、ビクトリア・ラインブラウＢＯ（Ｃ．Ｉ．４２５９５）、ビクトリア・ブラウＢＯ（Ｃ．Ｉ．４４０４５）、ローダミン６Ｇ（Ｃ．Ｉ．４５１６０）を挙げることができ、安定な分散物として添加される。
前記着色剤の使用量は、前記ポジ型感光性組成物の全固形分の１０質量％以下が好ましく、７質量％以下がより好ましく、５質量％以下が更に好ましい。
【００７４】
前記溶剤は、本発明のポジ型感光性組成物は、１，２−キノンジアジド化合物と、ノボラック型フェノール樹脂、及び溶解促進剤以外にも、必要に応じて含有されるその他の成分を均一に混合することによって調製することができ、通常、各成分を有機溶剤に溶解又は分散して組成物溶液として調製する。ここにおける有機溶剤としては、必要に応じて含有されるその他の成分を溶解及び均一分散し、かつこれらの成分と反応しないものであればよい。
【００７５】
前記有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類；テトラヒドロフラン等のエーテル類；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類；メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート等のエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類；ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のジエチレングリコール類；プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、４−ヒドロキシ−４−メチル−２−ペンタノン等のケトン類；２−ヒドロキシプロピオン酸エチル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオン酸メチル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、２−ヒドロキシ−２−メチルブタン酸メチル、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−メトキシプロピオン酸エチル、３−エトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸エステル類等のエステル類などが挙げられる。
更に、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアニリド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ベンジルエチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、１−オクタノール、１−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、フェニルセロソルブアセテート等の高沸点溶剤を添加することもできる。これらは１種を単独使用してもよく、２種類以上を併用しても構わない。
これらの中でも、メトキシプロピレングリコールアセテート、２−ヒドロキシプロピン酸エチル、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどが特に好ましい。
【００７６】
前記界面活性剤は、塗布性、得られる塗膜の平滑性を向上させるために用いることができ、その具体例としては、例えばＢＭ−１０００（ＢＭ  Ｃｈｅｍｉｅ社製）、メガファックスＦ１４２Ｄ、同Ｆ１７２、同Ｆ１７３、同Ｆ１８３、同F１７６ＰＦ、同Ｆ１７７ＰＦ（以上、大日本インキ化学工業（株）製）、フロラードＦＣ−１３５、同ＦＣ−１７０Ｃ、フロラードＦＣ−４３０、同ＦＣ−４３１（以上、住友スリーエム（株）製）、サーフロンＳ−１１２、同Ｓ−１１３、同Ｓ−１３１、同Ｓ−１４１、同Ｓ−１４５（以上、旭硝子（株）製）、ＳＨ−２８ＰＡ、ＳＨ−１９０、ＳＨ−１９３、ＳＺ−６０３２、ＳＦ−８４２８、ＤＣ−５７、ＤＣ−１９０（以上、東レシリコーン（株）製）の商品名で市販されているフッ素系又はシリコーン系界面活性剤を使用することができる。
前記界面活性剤の使用量は、前記ポジ型感光性組成物の全固形分の０．０５〜１０質量％が好ましく、０．０８〜５質量％がより好ましく、０．１〜３質量％が特に好ましい。前記使用量が、０．０５質量％未満であると、有効でなくなることがあり、１０質量％を超えると、レジストパターンの密着性が劣化することがある。
【００７７】
また、本発明のポジ型感光性組成物溶液の調製においては、例えば、本発明の１，２−キノンジアジド化合物と、ノボラック型フェノール樹脂、及び溶解促進剤、更に必要に応じてその他の成分を所定の溶剤及びその混合液の少なくともいずれか中に所定の割合で溶解することにより調製できる。前記ポジ型感光性組成物の溶液は、例えば、孔径０．２μｍのミクロ濾過フィルター等を用いて濾過した後、使用に供することもできる。
【００７８】
前記ポジ型感光層は、一般によく知られた塗布方法、例えば、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法などにより上記ポジ型感光性組成物塗布液を塗布することにより形成することができる。
【００７９】
前記ポジ型感光層は、ノボラック型フェノール樹脂、１,２−キノンジアジド化合物、及び溶解促進剤を含有してなり、所望のパターンで露光した際に該露光部をアルカリ水溶液等による現像によって除去するポジ型の感光性組成物から形成される。即ち、アルカリ可溶性のノボラック型フェノール樹脂に対し、１,２−キノンジアジド化合物は溶解禁止剤として作用するが、光を受けると３−インデンカルボン酸を生成し、溶解禁止効果がなくなる。このため、ノボラック型フェノール樹脂、及び１,２−キノンジアジド化合物を含むポジ型感光層は、アルカリ現像により光照射部のみが溶解されるポジ型レジストとして機能する。
【００８０】
前記ポジ型感光層の膜厚は、通常０．２〜３０μｍが好ましく、０．５〜１０μｍがより好ましく、１〜６μｍが特に好ましい。前記膜厚が０．２μｍ未満であると、耐エッチング性が劣ることがあり、３０μｍを超えると解像度が劣化することがある。
【００８１】
＜基材＞
前記ポジ型感光層形成工程で用いられる前記基材としては、特に制限はなく、公知の材料の中から表面平滑性の高いものから凸凹のある表面を有するものまで、目的に応じて適宜選択することができるが、板状の基材（基板）が好ましく、具体的には、ガラス板（例えば、ソーダガラス板、酸化ケイ素をスパッタしたガラス板、石英ガラス板等）、合成樹脂性のフィルム、紙、金属板などが挙げられる。
先行パターンや薄膜を有する基体上を洗浄後に、例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルホスホルアミド）のような溶剤で処理して基板表面の水分を除去する。ポジ型感光性組成物をスピンコーターを用いて、塗布乾燥する。乾燥温度は１００〜１５０℃が好ましい。
【００８２】
［露光工程］
前記露光工程としては、少なくとも光照射手段からの光を受光し出射する描素部をｎ個有する光変調手段により、前記光照射手段からの光を変調させた後に、前記描素部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させた光によって、前記ポジ型感光層形成工程により形成された感光層を、露光する工程を有する。
【００８３】
前記露光工程において、前記光照射手段から照射される光としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、光重合開始剤や増感剤を活性化する電磁波、紫外から可視光、電子線、Ｘ線、レーザ光などが挙げら、これらの中でも、光のオンオフ制御が短時間で行え、光の干渉制御が容易なレーザ光が好適に挙げられる。
前記紫外から可視光の光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ポジ型感光性組成物の露光時間の短縮を図る目的から、３３０〜６５０ｎｍが好ましく、３９５〜４１５ｎｍがより好ましく、４０５ｎｍであることが特に好ましい。
前記光照射手段による光の照射方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、高圧水銀灯、キセノン灯、カーボンアーク灯、ハロゲンランプ、複写機用冷陰極管、ＬＥＤ、半導体レーザなどの公知の光源によって照射する方法が挙げられる。また、これらの光源からの光を２以上合成して照射することが好適であり、２以上の光を合成したレーザ光（以下、「合波レーザ光」と称することがある）を照射することが特に好適に挙げられる。
前記合波レーザ光の照射方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、複数のレーザ光源と、マルチモード光ファイバと、該複数のレーザ光源から照射されるレーザ光を集光して前記マルチモード光ファイバに結合させる集合光学系とにより合波レーザ光を構成して照射する方法が挙げられる。
【００８４】
前記露光工程において、光を変調する方法としては、前記光照射手段からの光を受光し出射する描素部をｎ個有する光変調手段により変調する方法であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ｎ個の描素部の中から連続的に配置された任意のｎ個未満の描素部をパターン情報に応じて制御する方法が好適に挙げられる。
前記描素部の数（ｎ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記光変調手段における描素部の配列としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、２次元的に配列されることが好ましく、格子状に配列されることがより好ましい。
また、前記光の変調方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記光変調手段が、空間光変調素子による方法が好適に挙げられる。
前記空間光変調素子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）、液晶光シャッタ（ＦＬＣ）などが好適に挙げられ、これらの中でもＤＭＤが特に好適に挙げられる。
【００８５】
前記露光工程において、前記変調手段により変調された光は、前記描素部における出射面の歪みによる収差を補正可能な非球面を有するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを通過させられる。
前記マイクロレンズアレイに配置されるマイクロレンズとしては、非球面を有するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記非球面がトーリック面であるマイクロレンズであることが好ましい。
更に、前記露光工程において、前記変調手段により変調された光は、アパーチャーアレイ、結合光学系、適宜選択されるその他の光学系などを通過させられることが好ましい。
【００８６】
前記露光工程において、感光層を、露光する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、デジタル露光、アナログ露光などが挙げられるが、デジタル露光が好適である。
前記デジタル露光の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、所定のパターン情報に基づいて生成される制御信号に応じて変調されたレーザ光を用いて行われることが好適である。
更に、前記露光工程において、感光層を、露光する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、短時間、かつ高速露光を可能とする観点から、露光光と感光層とを相対的に移動させながら行うことが好ましく、前記デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）と併用されることが特に好ましい。
本発明においては、照射光量を少なくとも２段階に変化させる強度変調露光制御を行うことにより、有利にハーフトーンマスクと同等の露光を低コストで実現できる。
【００８７】
以下、本発明のパターン形成方法に好適に用いられるパターン形成装置を図面を参照しながら説明する。
【００８８】
図７は、本発明のパターン形成方法に好適に用いられるパターン形成装置の外観を示す概略斜視図である。
前記光変調手段を含むパターン形成装置は、図７に示すように４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６の上面に、シート状のパターン形成材料１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備えている。
ステージ１５２は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、前記設置台１５６の上面に形成されたガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、前記パターン形成装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置を有している。
【００８９】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐように下向きＣ字状のゲート１６０が設けられている。ゲート１６０の各々の端部は、設置台１５６の長手方向中央部における両側面に固定されている。このゲート１６０の一方の側面側には、スキャナ１６２が設けられ、他方の側面側には、パターン形成材料１５０の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４は、ゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び検知センサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
【００９０】
図８は、スキャナの構成を示す概略斜視図である。また、図９（Ａ）は、感光層に形成される露光済み領域を示す平面図であり、図９（Ｂ）は、露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
スキャナ１６２は、図８及び図９（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、パターン形成材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置した。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６ｍｎと表記する。
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、パターン形成材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８ｍｎと表記する。
【００９１】
また、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本例では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８１１と露光エリア１６８１２との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８２１と３行目の露光エリア１６８３１とにより露光することができる。
【００９２】
図１０は、露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。
露光ヘッド１６６１１〜１６６ｍｎ各々は、図１０に示すように、光ビームをパターン情報に応じて光変調する前記光変調手段（各描素毎に変調する空間光変調素子）としての、米国テキサス・インスツルメンツ社製のデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下「ＤＭＤ」ということがある。）５０と、ＤＭＤ５０の光入射側に配置され、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されるレーザ出射部６８を備えた光照射手段６６としてのファイバアレイ光源６６と、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７と、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９と、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｂを、パターン形成材料１５０上に結像する結像光学系５１とを備えている。なお、図１０では、レンズ系６７を概略的に示してある。
【００９３】
図１２は、パターン情報に基づいて、ＤＭＤの制御を行うコントローラである。
ＤＭＤ５０は、図１２に示すように、データ処理部、ミラー駆動制御部などを有するコントローラ３０２に接続されている。このコントローラ３０２のデータ処理部では、入力されたパターン情報に基づいて、露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、パターン情報処理部で生成した制御信号に基づいて、露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。
【００９４】
図１は、前記光変調手段としてのデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図である。
図１に示すように、ＤＭＤ５０は、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、各々描素（ピクセル）を構成する多数（例えば、１０２４個×７６８個）の微小ミラー（マイクロミラー）６２が格子状に配列されてなるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上であり、その配列ピッチは縦方向、横方向とも一例として１３．７μｍである。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシックに構成されている。
【００９５】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの動作を説明する図である。
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１２度）の範囲で傾けられる。図２（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図２（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。
従って、パターン情報に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを制御することによって、ＤＭＤ５０に入射したレーザ光は、それぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
なお、図１では、マイクロミラー６２が、＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された前記コントローラ３０２によって行われる。また、オフ状態のマイクロミラー６２で反射したレーザ光Ｂが進行する方向には、図示しない光吸収体が配置されている。
【００９６】
ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。
図３（Ａ）は、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図３（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３の走査軌跡を示している。
図３（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０には、長手方向にマイクロミラーが多数個（例えば、１０２４個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、７５６組）配列されているが、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ２が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ１より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ２と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ１とは略同一である。
【００９７】
次に、前記光変調手段における変調速度を速くさせる方法（以下「高速変調」と称することがある）について説明する。
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光Ｂが照射されると、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が描素毎にオンオフされて、パターン形成材料１５０がＤＭＤ５０の使用描素数と略同数の描素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、パターン形成材料１５０がステージ１５２と共に一定速度で移動されることにより、パターン形成材料１５０がスキャナ１６２によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。
ここで、ＤＭＤ５０全体のデータ処理速度には、限界があり、使用する描素数に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向の描素を全部使用する必要はない。
ＤＭＤ５０は、主走査方向にマイクロミラーが１０２４個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に７６８組配列されているが、コントローラ３０２により一部のマイクロミラー列（例えば、１０２４個×２５６列）だけが駆動するように制御される。
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域を示す図である。
図４（Ａ）に示すように、ＤＭＤの使用領域としては、ＤＭＤ５０の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図４（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。
例えば、７６８組のマイクロミラー列の内、３８４組だけ使用する場合には、７６８組全部使用する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調することができる。また、７６８組のマイクロミラー列の内、２５６組だけ使用する場合には、７６８組全部使用する場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することができる。
【００９８】
以上説明した通り、本発明のパターン形成方法によれば、主走査方向にマイクロミラーが１，０２４個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に７６８組配列されたＤＭＤを備えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー列だけが駆動されるように制御することにより、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、１ライン当りの変調速度が速くなる。
【００９９】
また、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に駆動する例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが２次元状に配列された細長いＤＭＤを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラーの個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くすることができる。
【０１００】
前記露光の方法としては、図５に示すように、スキャナ１６２によるＸ方向への１回の走査でパターン形成材料１５０の全面を露光してもよい。
また、前記露光の方法としては、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１６２によりパターン形成材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回の走査でパターン形成材料１５０の全面を露光するようにしてもよい。
【０１０１】
前記露光は、前記感光層の一部の領域に対してされることにより該一部の領域が硬化され、後述の現像工程において、前記硬化させた一部の領域以外の未硬化領域が除去され、パターンが形成される。
【０１０２】
次に、レンズ系６７及び結像光学系５１を説明する。
図１１は、図１０における露光ヘッドの構成の詳細を示す光軸に沿った複走査方向の断面図である。
図１１に示すように、レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射した照明光としてのレーザ光Ｂを集光する集光レンズ７１、集光レンズ７１を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ（以下、ロッドインテグレータという）７２、及びロッドインテグレータ７２の前方つまりミラー６９側に配置された結像レンズ７４を備えている。
集光レンズ７１、ロッドインテグレータ７２及び結像レンズ７４は、ファイバアレイ光源６６から出射したレーザ光を、平行光に近くかつビーム断面内強度が均一化された光束としてＤＭＤ５０に入射させる。
【０１０３】
レンズ系６７から出射したレーザ光Ｂは、ミラー６９で反射し、ＴＩＲ（全反射）プリズム７０を介してＤＭＤ５０に照射される。なお、図１０では、このＴＩＲプリズム７０は省略してある。
【０１０４】
図１１に示すように、結像光学系５１は、レンズ系５２，５４からなる第１結像光学系と、レンズ系５７，５８からなる第２結像光学系と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ５５と、アパーチャアレイ５９とを備えている。
【０１０５】
マイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ５０の各描素に対応する多数のマイクロレンズ５５ａが２次元状に配列されてなるものである。本例では、後述するようにＤＭＤ５０の１０２４個×７６８列のマイクロミラーのうち１０２４個×２５６列だけが駆動されるので、それに対応させてマイクロレンズ５５ａは１０２４個×２５６列配置されている。
マイクロレンズ５５ａの配置ピッチは、縦方向、横方向とも４１μｍである。マイクロレンズ５５ａの焦点距離は、０．１９ｍｍ、ＮＡ（開口数）は０．１１である。
また、マイクロレンズ５５ａは、光学ガラスＢＫ７から形成されている。
各マイクロレンズ５５ａの位置におけるレーザ光Ｂのビーム径としては、４１μｍである。
【０１０６】
アパーチャアレイ５９は、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａに対応する多数のアパーチャ（開口）５９ａが形成されている。各アパーチャ５９ａの径は、１０μｍである。
【０１０７】
第１結像光学系は、ＤＭＤ５０による像を３倍に拡大してマイクロレンズアレイ５５上に結像する。
第２結像光学系は、マイクロレンズアレイ５５を経た像を１．６倍に拡大してパターン形成材料１５０上に結像、投影する。
従って、光学系全体では、ＤＭＤ５０による像が、４．８倍に拡大されてパターン形成材料１５０上に結像、投影される。
【０１０８】
なお、前記第２結像光学系とパターン形成材料１５０との間にプリズムペア７３が配設され、該プリズムペア７３を図１１において、上下方向に移動させることにより、パターン形成材料１５０上における像のピントを調節可能となっている。なお同図中において、パターン形成材料１５０は矢印Ｆ方向に副走査送りされる。
【０１０９】
次に、前記マイクロレンズアレイ、前記アパーチャアレイ、及び前記結像光学系等について図面を参照しながら説明する。
【０１１０】
図１３（Ａ）は、前記露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った断面図である。
図１３（Ａ）に示すように、前記露光ヘッドは、ＤＭＤ５０にレーザ光を照射する光照射手段１４４、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を拡大して結像するレンズ系（結像光学系）４５４、４５８、ＤＭＤ５０の各描素部に対応して多数のマイクロレンズ４７４が配置されたマイクロレンズアレイ４７２、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに対応して多数のアパーチャ４７８が設けられたアパーチャアレイ４７６、アパーチャを通過したレーザ光を被露光面５６に結像するレンズ系（結像光学系）４８０、４８２で構成される。
【０１１１】
図１４は、ＤＭＤ５０を構成するマイクロミラー６２の反射面の平面度を測定した結果を示す図である。
図１４において、反射面の同じ高さ位置を等高線で結んで示してあり、等高線のピッチは５ｎｍである。図中ｘ方向及びｙ方向は、マイクロミラー６２の２つ対角線方向であり、マイクロミラー６２はｙ方向に延びる回転軸を中心として前述のように回転する。
図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図１４におけるｘ方向、ｙ方向に沿ったマイクロミラー６２の反射面の高さ位置変位を示す。
図１４及び図１５に示した通り、マイクロミラー６２の反射面には歪みが存在し、そして特にミラー中央部に注目してみると、１つの対角線方向（ｙ方向）の歪みが、別の対角線方向（ｘ方向）の歪みよりも大きくなっている。このため、マイクロレンズアレイ５５のマイクロレンズ５５ａで集光されたレーザ光Ｂの集光位置における形状が歪むという問題が発生し得る。
【０１１２】
図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、マイクロレンズアレイ５５全体の正面形状及び側面形状を示す図である。
図１６（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ５０のマイクロミラー６２に対応して、マイクロレンズ５５ａを横方向に１０２４列、縦方向に２５６列並設して構成される。
マイクロレンズアレイ５５の長辺の寸法は、５０ｍｍであり、短辺の寸法は２０ｍｍである。
なお、同図（Ａ）では、マイクロレンズ５５ａの並び順を、横方向についてはｊで、縦方向についてはｋで示す。
【０１１３】
図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、マイクロレンズアレイ構成するマイクロレンズの正面形状及び側面形状を示す図である。なお、図１７（Ａ）には、マイクロレンズ５５ａの等高線を併せて示す。
図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ５５ａの光出射側の端面は、マイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされる。
非球面形状のマイクロレンズ５５ａは、具体的には、ｘ方向における曲率半径Ｒｘが−０．１２５ｍｍであり、ｙ方向における曲率半径Ｒｙが−０．１ｍｍとされるトーリックレンズである。
図１８は、マイクロレンズによる集光状態を１つの断面内（Ａ）と別の断面内（Ｂ）について示す概略図である。
図１８に示すように、マイクロレンズアレイ構成するマイクロレンズ５５ａとして、光出射側の端面が非球面形状であるトーリックレンズが用いられているため、ｘ方向及びｙ方向に平行断面内におけるレーザ光Ｂの集光状態は、ｘ方向に平行断面内とｙ方向に平行断面内とを比較すると、後者の断面内の方がマイクロレンズ５５ａの曲率半径がより小であって、焦点距離がより短くなる。
【０１１４】
マイクロレンズ５５ａの形状としては、２次の非球面形状であってもよく、より高次（４次、６次・・・）の非球面形状であってもよい。前記高次の非球面形状を採用することにより、ビーム形状をさらに高精細にすることができる。
また、マイクロレンズ５５ａの光出射側の端面形状をトーリック面とすることの他、２つの光通過端面の一方を球面とし、他方をシリンドリカル面としたマイクロレンズからマイクロレンズアレイを構成することも可能である。
【０１１５】
図１９ａ、ｂ、ｃ、及びｄは、マイクロレンズ５５ａの集光位置（焦点位置）近傍におけるビーム径を計算機によってシミュレーションした結果を示す図である。
また、比較のために、マイクロレンズが、曲率半径Ｒx＝Ｒy＝−０．１ｍｍの球面形状である場合について、同様のシミュレーションを行った結果を、図２０ａ、ｂ、ｃ及びｄに示す。なお、各図におけるｚの値は、マイクロレンズ５５ａのピント方向の評価位置を、マイクロレンズ５５ａのビーム出射面からの距離で示している。
また、前記シミュレーションに用いたマイクロレンズ５５ａの面形状は、下記計算式で計算される。
【０１１６】
【数１】
2006003422.tif 000003
但し、前記計算式において、Ｃｘは、ｘ方向の曲率（＝１／Ｒｘ）、Ｃｙは、ｙ方向の曲率（＝１／Ｒｙ）、Ｘは、ｘ方向に関するレンズ光軸Ｏからの距離、Ｙは、ｙ方向に関するレンズ光軸Ｏからの距離、をそれぞれ示す。
【０１１７】
図１９ａ〜ｄと図２０ａ〜ｄとを比較すると明らかなように、本発明のパターン形成方法ではマイクロレンズ５５ａを、ｙ方向に平行断面内の焦点距離がｘ方向に平行断面内の焦点距離よりも小さいトーリックレンズとしたことにより、その集光位置近傍におけるビーム形状の歪みが抑制される。このため、歪みの無い、より高精細な画像をパターン形成材料１５０に露光可能となる。
【０１１８】
なお、マイクロミラー６２のｘ方向及びｙ方向に関する中央部の歪の大小関係が、上記と逆になっている場合は、ｘ方向に平行断面内の焦点距離がｙ方向に平行断面内の焦点距離よりも小さいトーリックレンズからマイクロレンズを構成すれば、同様に、歪みの無い、より高精細な画像をパターン形成材料１５０に露光可能となる。
【０１１９】
アパーチャアレイ５９は、マイクロレンズアレイ５５の集光位置近傍に配置される。アパーチャアレイ５９に備えられた各アパーチャ５９ａには、対応するマイクロレンズ５５ａを経た光のみが入射する。従って、１のマイクロレンズ５５ａに対応する１のアパーチャ５９ａには、それと対応しない隣接のマイクロレンズ５５ａからの光が入射することが防止され、消光比を高めることが可能となる。
アパーチャ５９ａの径をある程度小さくすれば、マイクロレンズ５５ａの集光位置におけるビーム形状の歪みを抑制する効果が得られるが、アパーチャアレイ５９で遮断される光量がより多くなり、光利用効率が低下する。この場合、マイクロレンズ５５ａを前記非球面形状とすることにより、光の遮断が防止され、光利用効率が高く保たれる。
【０１２０】
また、前記マイクロレンズアレイ５５及びアパーチャアレイ５９により、ＤＭＤ５０を構成するマイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正しているが、ＤＭＤ以外の空間光変調素子を用いる本発明のパターン形成方法においても、その空間光変調素子の描素部の面に歪みが存在する場合は、本発明を適用してその歪みによる収差を補正し、ビーム形状に歪みが生じることを防止可能である。
【０１２１】
図１３（Ａ）に示すように、前記結像光学系は、レンズ４８０、４８２を備え、アパーチャアレイ５９を通過した光は、該結像光学系により被露光面５６上に結像される。
【０１２２】
以上説明したとおり、前記パターン形成装置は、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光が、レンズ系の拡大レンズ４５４、４５８により数倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６が配置されていなければ、図１３（Ｂ）に示すように、被露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳの１描素サイズ（スポットサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きなものとなり、露光エリア４６８の鮮鋭度を表すＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）特性が低下する。
一方、前記パターン形成装置では、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６を備えているので、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各描素部に対応して集光される。これにより、図１３（Ｃ）に示すように、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１０μｍ×１０μｍ）に縮小することが可能となり、ＭＴＦ特性の低下を防止して、高精細な露光を行うことができる。
なお、露光エリア４６８が傾いているのは、描素間の隙間を無くすために、ＤＭＤ５０を傾けて配置しているからである。
また、マイクロレンズの収差によるビームの太りがあっても、アパーチャアレイによって被露光面５６上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビームを整形することができると共に、各描素に対応して設けられたアパーチャアレイを通過させることにより、隣接する描素間でのクロストークを防止することができる。
更に、光照射手段１４４に高輝度光源を使用することにより、レンズ４５８からマイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに入射する光束の角度が小さくなるので、隣接する描素の光束の一部が入射するのを防止することができる。即ち、高消光比を実現することができる。
【０１２３】
図２２（Ａ）及び（Ｂ）は、他のマイクロレンズアレイの正面形状及び側面形状を示す図である。
図２２に示すとおり、他のマイクロレンズアレイとしては、各マイクロレンズに、マイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を持たせたものである。
図示の通り、他のマイクロレンズ１５５ａの外形形状は平行平板状である。なお、同図におけるｘ、ｙ方向は、既述した通りである。
図２３は、図２２のマイクロレンズ１５５ａによる上記ｘ方向及びｙ方向に平行断面内におけるレーザ光Ｂの集光状態を示す概略図である。
図２３に示すように、マイクロレンズ１５５ａは、光軸Ｏから外方に向かって次第に増大する屈折率分布を有するものであり、同図においてマイクロレンズ１５５ａ内に示す破線は、その屈折率が光軸Ｏから所定の等ピッチで変化した位置を示している。図示の通り、ｘ方向に平行断面内とｙ方向に平行断面内とを比較すると、後者の断面内の方がマイクロレンズ１５５ａの屈折率変化の割合がより大であって、焦点距離がより短くなっている。このような屈折率分布型レンズから構成されるマイクロレンズアレイを用いても、前記マイクロレンズアレイ５５を用いる場合と同様の効果を得ることが可能である。
なお、図１７及び図１８に示したマイクロレンズ５５ａにおいて、併せて、前記屈折率分布を与え、面形状と屈折率分布の双方によって、マイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正することも可能である。
【０１２４】
本発明のパターン形成方法では、公知の光学系の中から適宜選択したその他の光学系と併用してもよく、例えば、１対の組合せレンズからなる光量分布補正光学系などが挙げられる。
前記光量分布補正光学系は、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように各出射位置における光束幅を変化させて、光照射手段からの平行光束をＤＭＤに照射するときに、被照射面での光量分布が略均一になるように補正する。以下、前記光量分布補正光学系について図面を参照しながら説明する。
【０１２５】
図２４は、光量分布補正光学系による補正の概念を示す説明図である。
図２４（Ａ）に示すように、入射光束と出射光束とで、その全体の光束幅（全光束幅）Ｈ０、Ｈ１が同じである場合について説明する。なお、図２４（Ａ）において、符号５１、５２で示した部分は、前記光量分布補正光学系における入射面及び出射面を仮想的に示したものである。
前記光量分布補正光学系において、光軸Ｚ１に近い中心部に入射した光束と、周辺部に入射した光束とのそれぞれの光束幅ｈ０、ｈ１が、同一であるものとする（ｈ０＝ｈｌ）。前記光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光に対し、中心部の入射光束については、その光束幅ｈ０を拡大し、逆に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅ｈ１を縮小するような作用を施す。即ち、中心部の出射光束の幅ｈ１０と、周辺部の出射光束の幅ｈ１１とについて、ｈ１１＜ｈ１０となるようにする。光束幅の比率で表すと、出射側における中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなっている（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１２６】
このように光束幅を変化させることにより、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、全体として光の利用効率を落とさずに、被照射面での光量分布が略均一化される。均一化の度合いは、例えば、有効領域内における光量ムラが３０％以内、好ましくは２０％以内となるようにする。
【０１２７】
前記光量分布補正光学系による作用、効果は、入射側と出射側とで、全体の光束幅を変える場合（図２４（Ｂ），（Ｃ））においても同様である。
【０１２８】
図２４（Ｂ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Ｈ２に“縮小”して出射する場合（Ｈ０＞Ｈ２）を示している。このような場合においても、前記光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の縮小率で考えると、中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「Ｈ１１／Ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１２９】
図２４（Ｃ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Η３に“拡大”して出射する場合（Ｈ０＜Ｈ３）を示している。このような場合においても、前記光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の拡大率で考えると、中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１３０】
このように、前記光量分布補正光学系は、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸Ｚ１に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された光束断面を形成することができる。
【０１３１】
次に、前記光量分布補正光学系として使用する１対の組合せレンズの具体的なレンズデータの１例を示す。この例では、前記光照射手段がレーザアレイ光源である場合のように、出射光束の断面での光量分布がガウス分布である場合のレンズデータを示す。なお、シングルモード光ファイバの入射端に１個の半導体レーザを接続した場合には、光ファイバからの射出光束の光量分布がガウス分布になる。本発明のパターン形成方法では、このような場合の適用も可能である。また、マルチモード光ファイバのコア径を小さくしてシングルモード光ファイバの構成に近付ける等により光軸に近い中心部の光量が周辺部の光量よりも大きい場合にも適用可能である。
下記表１に基本レンズデータを示す。
【０１３２】
【表１】
2006003422.tif 000004
【０１３３】
表１から分かるように、１対の組合せレンズは、回転対称の２つの非球面レンズから構成されている。光入射側に配置された第１のレンズの光入射側の面を第１面、光出射側の面を第２面とすると、第１面は非球面形状である。また、光出射側に配置された第２のレンズの光入射側の面を第３面、光出射側の面を第４面とすると、第４面が非球面形状である。
【０１３４】
表１において、面番号Ｓｉはｉ番目（ｉ＝１〜４）の面の番号を示し、曲率半径ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。面間隔ｄｉ値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。屈折率Ｎｉはｉ番目の面を備えた光学要素の波長４０５ｎｍに対する屈折率の値を示す。
下記表２に、第１面及び第４面の非球面データを示す。
【０１３５】
【表２】
2006003422.tif 000005
【０１３６】
上記の非球面データは、非球面形状を表す下記式（Ａ）における係数で表される。
【０１３７】
【数２】
2006003422.tif 000006
【０１３８】
上記式（Ａ）において各係数を以下の通り定義する。
Ｚは光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を表す。ρは光軸からの距離（ｍｍ）を表す。Ｋは円錐係数を表す。Ｃは近軸曲率（１／ｒ、ｒ：近軸曲率半径）を表す。ａｉは第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数を表す。
表２に示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数″であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０−２」であることを示す。
【０１３９】
図２６は、前記表１及び表２に示す１対の組合せレンズによって得られる照明光の光量分布を示す。ここで、横軸は光軸からの座標を示し、縦軸は光量比（％）を示す。なお、比較のために、図２５に、補正を行わなかった場合の照明光の光量分布（ガウス分布）を示す。
図２５及び図２６に示すように、光量分布補正光学系で補正を行うことにより、補正を行わなかった場合と比べて、略均一化された光量分布が得られている。これにより、光の利用効率を落とさずに、均一なレーザ光でムラなく露光を行うことができる。
【０１４０】
次に、光照射手段としてのファイバアレイ光源６６を説明する。
図２７ａ（Ａ）は、ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、図２７ａ（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡大図であり、図２７ａ（Ｃ）及び（Ｄ）は、レーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。また、図２７ｂは、ファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図である。
【０１４１】
図２７ａに示すように、ファイバアレイ光源６６は、複数（例えば、１４個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一でかつクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合されている。図２７ｂに詳しく示すように、マルチモード光ファイバ３１の光ファイバ３０と反対側の端部は副走査方向と直交する主走査方向に沿って７個並べられ、それが２列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【０１４２】
図２７ｂに示すように、レーザ出射部６８は、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、マルチモード光ファイバ３１の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。マルチモード光ファイバ３１の光出射端面は、光密度が高いため集塵し易く劣化し易いが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。
【０１４３】
また、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【０１４４】
このような光ファイバは、図２８に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【０１４５】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【０１４６】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【０１４７】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【０１４８】
但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバアレイ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【０１４９】
レーザモジュール６４は、図２９に示す合波レーザ光源（ファイバアレイ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露光ヘッドの必要光量を実現して、かつ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【０１５０】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【０１５１】
前記合波レーザ光源は、図３０及び図３１に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【０１５２】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【０１５３】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【０１５４】
なお、図３１においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【０１５５】
図３２は、前記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図３２の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【０１５６】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【０１５７】
各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ1＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【０１５８】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ２＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【０１５９】
前記ファイバアレイ光源は、ＤＭＤを照明する光照射手段に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高輝度のファイバアレイ光源を用いているので、高出力でかつ深い焦点深度を備えたパターン形成装置を実現することができる。更に、各ファイバアレイ光源の出力が大きくなることで、所望の出力を得るために必要なファイバアレイ光源数が少なくなり、パターン形成装置の低コスト化が図られる。
また、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。これにより、より深い焦点深度を備えたパターン形成装置を実現することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度を得ることができ、高速かつ高精細な露光が可能となる。したがって、高解像度が必要とされる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の露光工程に好適である。
【０１６０】
前記光照射手段としては、前記合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源に限定されず、例えば、１個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【０１６１】
複数の発光点を備えた光照射手段としては、例えば、図３３に示すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列したレーザアレイを用いることができる。また、図３４（Ａ）に示す、複数（例えば、５個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を用いることも可能である。マルチキャビティレーザ１１０は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とするのが好ましい。
【０１６２】
前記光照射手段としては、このマルチキャビティレーザ１１０や、図３４（Ｂ）に示すように、ヒートブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ光源として用いることができる。
【０１６３】
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。
例えば、図２１に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａを有するチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【０１６４】
前記構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１６５】
マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【０１６６】
また、図３５に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【０１６７】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【０１６８】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１６９】
更に、他の合波レーザ光源としては、図３６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【０１７０】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【０１７１】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【０１７２】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【０１７３】
前記構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１７４】
前記合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、本発明のパターン形成装置のレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【０１７５】
なお、前記各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【０１７６】
また、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一でかつクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【０１７７】
スキャナ１６２の各露光ヘッド１６６において、ファイバアレイ光源６６の合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【０１７８】
集光光学系は、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって構成される。また、集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成される。
集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【０１７９】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、６本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【０１８０】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、前記合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【０１８１】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用されているので、約１Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面積は０．６２ｍｍ２（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．６×１０６（Ｗ／ｍ２）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２×１０６（Ｗ／ｍ２）である。
【０１８２】
これに対し、前記光照射手段が合波レーザを照射可能な手段である場合には、マルチモード光ファイバ６本で約１Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．００８１ｍｍ２（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１２３×１０６（Ｗ／ｍ２）となり、従来に比べ約８０倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０×１０６（Ｗ／ｍ２）であり、従来に比べ約２８倍の高輝度化を図ることができる。
【０１８３】
ここで、図３７（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の露光ヘッドと本実施の形態の露光ヘッドとの焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドのバンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は０．６７５ｍｍであり、露光ヘッドのファイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０２５ｍｍである。図３７（Ａ）に示すように、従来の露光ヘッドでは、光照射手段（バンドル状ファイバ光源）１の発光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のずれ）に対してビーム径が太りやすい。
【０１８４】
一方、図３７（Ｂ）に示すように、本発明のパターン形成装置における露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光領域の副走査方向の径は従来の約３０倍になっており、略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著であり、有効である。この例では、露光面に投影された１描素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤは反射型の空間光変調素子であるが、図３７（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【０１８５】
次に、前記パターン形成装置を用いた本発明のパターン形成方法について説明する。
まず、露光パターンに応じたパターン情報が、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内のフレームメモリに一旦記憶される。このパターン情報は、画像を構成する各描素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。
次に、パターン形成材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する際に、ゲート１６０に取り付けられた検知センサ１６４によりパターン形成材料１５０の先端が検出されると、フレームメモリに記憶されたパターン情報が複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出されたパターン情報に基づいて各露光ヘッド１６６毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。
次に、ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光が、レンズ系５４、５８によりパターン形成材料１５０の被露光面５６上に結像される。
このようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が、描素毎にオンオフされて、パターン形成材料１５０がＤＭＤ５０の使用描素数と略同数の描素単位（露光エリア１６８）で露光される。
また、パターン形成材料１５０がステージ１５２と共に一定速度で移動されることにより、パターン形成材料１５０がスキャナ１６２によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。
【０１８６】
［現像工程］
前記現像工程としては、前記露光工程により前記感光層を露光し、未露光部分を除去することにより現像する工程を有する。
前記未硬化領域の除去方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、現像液を用いて除去する方法などが挙げられる。
本発明では、現像工程において、２種以上の現像強度の異なる現像液を用いて現像を行うことにより、上記露光工程での強度変調露光と組み合わせて、ＴＦＴアレイ基板の製造工程での工程数の減少が可能となる。
【０１８７】
前記現像液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アルカリ性水溶液、水系現像液、有機溶剤などが挙げられ、これらの中でも、弱アルカリ性の水溶液が好ましい。
該アルカリ性の水溶液は、アルカリ性物質の希薄水溶液を使用するが、さらに、水と混和性の有機溶剤を少量添加したものを用いてもよい。前記アルカリ性物質としては、例えば、アルカリ金属水酸化物類（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム）、アルカリ金属炭酸塩類（例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム）、アルカリ金属重炭酸塩類（例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム）、アルカリ金属ケイ酸塩類（例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム）、アルカリ金属メタケイ酸塩類（例えば、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム）、アンモニア、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、モルホリン、テトラアルキルアンモンニウムヒドロキシド類（例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド）、ピロール、ピペリジン、１，８−ジアザビシクロ〔５，４，０〕−７−ウンデセン、１，５−ジアザビシクロ〔４，３，０〕−５−ノナン又は燐酸三ナトリウムを挙げることができる。
前記アルカリ性物質の濃度は、０．０１質量％〜３０質量％であり、ｐＨは８〜１４が好ましい。
また、上記の水と混和性のある適当な有機溶剤としては、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−プロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ε−カプロラクトン、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホルアミド、乳酸エチル、乳酸メチル、ε−カプロラクタム、Ｎ−メチルピロリドンを挙げることができる。水と混和性の有機溶剤の濃度は、０．１質量％〜３０質量％が一般的である。
現像液には、さらに公知のアニオン型、ノニオン型界面活性剤を添加することができる。界面活性剤の濃度は０．０１質量％〜１０質量％が好ましい。
前記現像液の温度としては、前記感光層の現像性に合わせて適宜選択することができるが、例えば、約２５℃〜４０℃が好ましい。
【０１８８】
前記現像方式としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パドル現像、シャワー現像、シャワー＆スピン現像、ディプ現像等が挙げられる。
前記シャワー現像について説明すると、露光後の感光層に現像液をシャワーにより吹き付けることにより、未硬化部分を除去することができる。尚、現像の前に感光層の溶解性が低いアルカリ性の液をシャワーなどにより吹き付け、熱可塑性樹脂層、中間層などを除去しておくことが好ましい。また、現像の後に、洗浄剤などをシャワーにより吹き付け、ブラシなどで擦りながら、現像残渣を除去することが好ましい。
【０１８９】
［その他の工程］
前記その他の工程としては、特に制限はなく、公知のパターン形成における工程の中から適宜選択することが挙げられるが、例えば、硬化処理工程、エッチング工程、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【０１９０】
−硬化処理工程−
前記現像工程後に、ポジ型感光層に対して硬化処理を行う硬化処理工程を備えることが好ましい。
前記硬化処理工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、全面露光処理、全面加熱処理などが好適に挙げられる。
【０１９１】
前記全面露光処理の方法としては、例えば、前記現像工程の後に、前記パターンが形成された前記積層体上の全面を露光する方法が挙げられる。該全面露光により、前記感光層を形成する感光性組成物中の樹脂の硬化が促進され、前記パターンの表面が硬化される。
前記全面露光を行う装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、超高圧水銀灯などのＵＶ露光機が好適に挙げられる。
【０１９２】
前記全面加熱処理の方法としては、前記現像工程の後に、前記パターンが形成された前記積層体上の全面を加熱する方法が挙げられる。該全面加熱により、前記パターンの表面の膜強度が高められる。
前記全面加熱における加熱温度としては、１２０〜２５０℃が好ましく、１２０〜２００℃がより好ましい。該加熱温度が１２０℃未満であると、加熱処理による膜強度の向上が得られないことがあり、２５０℃を超えると、前記ポジ型感光性組成物中の樹脂の分解が生じ、膜質が弱く脆くなることがある。
前記全面加熱における加熱時間としては、１０〜１２０分が好ましく、１５〜６０分がより好ましい。
前記全面加熱を行う装置としては、特に制限はなく、公知の装置の中から、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ドライオーブン、ホットプレート、ＩＲヒーターなどが挙げられる。
【０１９３】
−エッチング工程−
前記エッチング工程としては、公知のエッチング処理方法の中から適宜選択した方法により行うことができ、レジストパターンで覆われていない下地部分を除去するために行い、薄膜のパターンを得る。
エッチング液による処理（ウエットエッチング）、及び減圧下でのガス放電により反応させてガス状にして処理（ドライエッチング）のいずれかを行う。
前記ウエットエッチングを行う場合は、エッチャントの浸透によるアンダーカットを防止するためにポストベークを行うことが望ましい。通常これらのポストベークは１１０℃〜１４０℃程度で行われるが、必ずしもこれに限られてはいない。使用されるエッチャントには、塩化第二鉄／塩酸系、塩酸／硝酸系、臭化水素酸系などを代表例として、多くのエッチャントが開発され使用されている。Ｃｒ用には硝酸セリウムアンモニウム溶液、Ｔｉ、Ｔａ用には希釈フッ酸、Ｍｏ用には過酸化水素水、ＭｏＷ、Ａｌにはリン硝酸、ＩＴＯ用には希釈王水、塩化第二鉄溶液、ヨウ化水素水、ＳｉＮｘやＳｉＯ２には緩衝フッ酸、ａ−Ｓｉ、ｎ＋ａ−Ｓｉにはフッ硝酸がそれぞれ使用される。
【０１９４】
本発明の感光性組成物においては、熱架橋剤をポジ型感光層中に添加して、ポストベークを行うことによりレジストパターンの耐ドライエッチ性を改良することができる。
前記ドライエッチングにおいて用いられるエッチャントガスとしては、それぞれの膜種に適合するエッチャントガスが使用される。ａ−Ｓｉ／ｎ＋やｓ−Ｓｉ用には四フッ化炭素（塩素）＋酸素、四フッ化炭素（六フッ化硫黄）＋塩化水素（塩素）、ａ−ＳｉＮｘ用には四フッ化炭素＋酸素、ａ−ＳｉＯｘ用には四フッ化炭素＋酸素、三フッ化炭素＋酸素、Ｔａ用には四フッ化炭素（六フッ化硫黄）＋酸素、ＭｏＴａ／ＭｏＷ用には四フッ化炭素＋酸素、Ｃｒ用には塩素＋酸素、Ａｌ用には三塩化硼素＋塩素、ＩＴＯ用にはメタン系、臭化水素、臭化水素＋塩素、ヨウ化水素等が挙げられる。
【０１９５】
−レジスト剥離−
終わりに、パターン形成のために用いたレジストを剥離液にて取り除く（ウエット剥離）か、あるいは、減圧下での酸素ガスの放電により酸化させてガス状にして取り除く（ドライ剥離／アッシング）か、あるいはオゾンとＵＶ光によって酸化させてガス状にして取り除く（ドライ剥離／ＵＶアッシング）など、いくつかの剥離方法によってレジスト除去を行う。剥離液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液のような水溶液系とアミンとジメチルスルホキシドやＮ−メチルピロリドンの混合物のような有機溶剤系が一般的に知られている。後者の例としてはモノエタノールアミン／ジメチルスルホキシド混合物（質量混合比＝７／３）が良く知られている。
【０１９６】
本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料上に結像させる像の歪みを抑制することにより、パターンを高精細に、かつ、効率よく形成可能であるため、高精細な露光が必要とされる各種パターンの形成などに好適に使用することができ、特に大面積のＴＦＴアレイ基板の形成に好適に使用することができる。
【０１９７】
（ＴＦＴアレイ基板）
ＴＦＴアレイ基板は、本発明の前記パターン形成方法により形成することができる。即ち、前記本発明のポジ型感光性組成物からなるポジ型感光層を、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）アクティブマトリクス基板（ＴＦＴアレイ基板）上に形成し、露光し現像して同一のＴＦＴアレイ基板上に複数の画素電極を形成する。
この場合、前記ポジ型感光層の形成、露光、現像、エッチング等については、本発明の前記パターン形成方法と同様である。
【０１９８】
ここで、ＬＣＤ用ＴＦＴアレイ基板について図３８を参照して説明する。
図３８は、ＬＣＤ用ＴＦＴアレイ基板の基本的な断面構造図を示す。このＴＦＴアレイ基板は、（１）まず、ガラス基板１上にモリブデンタンタル（ＭｏＴａ）などによりゲート電極２ａ、Ｃｓ電極２ｂを設ける。（２）次に、ゲート電極の上にシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）３やシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）４などによりゲート酸化膜を形成し、このゲート酸化膜上に、（３）半導体活性層である非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ）５を形成する。（４）更に、接合抵抗を低減するためのＮ＋不純物を混合したａ−Ｓｉ層６を設ける。（５）その後、アルミニウムなどの金属によりドレイン電極７ａ、ソース電極７ｂを形成する。このドレイン電極７ａはデータ信号線に接続され、ソース電極７ｂは画素電極（又は、サブ画素電極）９に接続される。（６）最後に、半導体層（ａ−Ｓｉ層）やドレイン電極、ソース電極を保護するような窒化膜（ＳｉＮｘ）８などによる保護膜が設けられる。
【０１９９】
次に、ＴＦＴアレイ基板の製造工程について、図３９に基づいて説明する。
まず、図３９（Ａ）工程に示すように、絶縁性基板２１上に、ゲート電極になる金属膜２２をガラス基板の全面にスパッタリングにて付ける。この金属膜における金属としては、例えば、タンタル（Ｔａ）、モリブデンタンタル（ＭｏＴａ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）などの合金、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。
次に、図３９（Ｂ）工程に示すように、フォトレジスト塗布、乾燥、マスク露光、現像、エッチングにより金属パターン２２ａを形成する（以下、この一連の工程を「フォトエッチング工程」と称することもある）。このフォトエッチング工程は、前記本発明のパターン形成方法により行われる。
次に、ＣＶＤ技術により図３９（Ｃ）工程に示すように、ゲート酸化膜（ＳｉＯｘ）２３を形成する。
次に、ＣＶＤ技術によって図３９（Ｄ）工程に示すように、半導体膜（ａ−Ｓｉ）２４を蒸着する。
更に、図３９（Ｅ）工程に示すように、リン（Ｎ＋）を微量添加した半導体膜２５を形成する。その後、ＴＦＴとなる部分のみを前記本発明のフォトエッチング工程により図３９（Ｆ）工程に示すように、パターニングして、半導体層（ａ−Ｓｉ膜）２４ａを形成する。
その後、画素電極となる部分に透明導電膜であるＩＴＯ膜２６を図３９（Ｇ）工程に示すように、スパッタし、前記本発明のフォトエッチング工程によって図３９（Ｈ）工程に示すように、画素電極２６ａを形成する。
一方、蓄積キャパシタＣｓの電源部を形成するため、Ｃｓ上のゲート酸化膜の一部を前記本発明のフォトエッチング工程により図３９（Ｉ）工程に示すように、パターニングして除去する（２３ａ）。
次に、ＴＦＴのドレイン電極、ソース電極になる部分にアルミニウムやチタンなどの金属層２７を図３９（Ｊ）工程に示すように、スパッタリングにより成膜する。次いで、前記本発明のフォトエッチング工程によって図３９（Ｋ）工程に示すように、パターニングして、ソース電極２７ａとドレイン電極２７ｂを形成する。
最後に、ＴＦＴなどの素子を保護するために窒化膜（ＳｉＮｘ）などの保護膜をＣＶＤ法によって成長させる。この保護膜を成長させた後に、前記本発明のフォトエッチング工程によってパターニングして保護膜を形成する。以上により、ＴＦＴアレイ基板を作製できる。
【０２００】
（液晶表示素子）
本発明の液晶表示素子は、既述の本発明のパターン形成方法により製造した前記本発明のＴＦＴアレイ基板を備えてなり、更に必要に応じてその他の部材を有してなる。
【０２０１】
前記液晶表示素子の基本的な構成態様としては、（１）薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）等の駆動素子と画素電極（導電層）とが配列形成された前記本発明のＴＦＴアレイ基板（駆動側基板）と、カラーフィルタ及び対向電極（導電層）を備えるカラーフィルタ側基板とをスペーサを介在させて対向配置し、その間隙部に液晶材料を封入して構成されるもの、（２）カラーフィルタが前記本発明のＴＦＴアレイ基板に直接形成されたカラーフィルタ一体型ＴＦＴアレイ基板と、対向電極（導電層）を備える対向基板とをスペーサを介在させて対向配置し、その間隙部に液晶材料を封入して構成されるもの等が挙げられる。
【０２０２】
前記導電層としては、例えば、ＩＴＯ膜；Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の金属膜；ＳｉＯ2等の金属酸化膜などが挙げられ、これらの中でも、透明性を有するものが好ましく、ＩＴＯ膜が特に好ましい。
前記本発明のＴＦＴアレイ基板、カラーフィルタ側基板、対向基板は、その基材として、例えば、ソーダガラス板、低膨張ガラス板、ノンアルカリガラス板、石英ガラス板等の公知のガラス板、又はプラスチックフィルム等を用いて構成される。
【０２０３】
本発明の液晶表示素子は、本発明のパターン形成方法により形成された微細なＴＦＴを欠陥無く密に形成したＴＦＴアレイ基板を用いているので、約１ｍ角以上の大画面のＬＣＤを高品質であり、かつ安価に提供できる。
【実施例】
【０２０４】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０２０５】
（実施例１）
１１６０ｍｍ×９８０ｍｍガラス基板の前面にマグネトロンＤＣスパッタリングにてアルミニウム（Ａｌ）膜を成膜した。該アルミニウム（Ａｌ）膜上に、下記の組成のポジ型感光性組成物をスピンコーターを用いて２５００ｒｐｍで２０秒間塗布し、１２０℃のオーブン中で２分間乾燥することにより、厚さ１．５μｍのポジ型感光層（フォトレジスト膜）を形成した。
【０２０６】
−ポジ型感光性組成物（溶液）の組成−
ｍ−クレゾール／ｏ−エトキシフェノールモル比７０／３０）（ホルマリンからのノボラック樹脂を反応後、再沈殿したもの、重量平均分子量＝１１６００、Ｍｗ／Ｍｎ＝３．１）・・・７０質量部
α，α’，α”−トリス（４−ヒドロキシフェニル）−１−エチル−４−イソプロピルベンゼンの１，２−ナフトキノンジアジド−５−スルホン酸エステル・・・３５質量部
４，４’−（１−α−メチルベンジリデン）ビスフェノール・・・３０質量部
フッ素系界面活性剤（Ｆ１７６ＰＦ、大日本インキ化学工業株式会社製）・・・１質量部
１−シクロヘキシル−３−（２−モルホリノエチル）−２−チオウレア・・・３．６質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート・・・４２５質量部
【０２０７】
＜現像工程＞
次に、基材上のポジ型感光層に対し、以下に説明するパターン形成装置を用いて、ＴＦＴパターンを有するレーザ光を５０ｍＪ／ｃｍ２の照射量で露光し、パターニングを行った。
【０２０８】
−パターン形成装置−
前記光照射手段として図２９〜３４に示す合波レーザ光源と、前記光変調手段として図８に示す主走査方向にマイクロミラーが１０２４個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に７６８組配列された前記光変調手段の内、１０２４個×２５６列のみを駆動するように制御されたＤＭＤ５０と、図１５に示した一方の面がトーリック面であるマイクロレンズをアレイ状に配列したマイクロレンズアレイ４７２及び該マイクロレンズアレイを通した光を前記感光層に結像する光学系４８０、４８２とを有するパターン形成装置を用いた。
【０２０９】
前記マイクロレンズとしては、図１９及び図２０に示すように、トーリックレンズ５５ａが用いられており、前記ｘ方向に光学的に対応する方向の曲率半径Ｒｘ＝−０．１２５ｍｍ、前記ｙ方向に対応する方向の曲率半径Ｒｙ＝−０．１ｍｍである。
【０２１０】
また、マイクロレンズアレイ５５の集光位置近傍に配置されるアパーチャアレイ５９は、その各アパーチャ５９ａに、それと対応するマイクロレンズ５５ａを経た光のみが入射するように配置されている。
【０２１１】
＜現像工程＞
０．５質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液からなる現像液で、２５℃にて１分間現像した後、超純水で１分間シャワー水洗した。
【０２１２】
＜エッチング工程＞
リン硝酸エッチャントによりレジストに被覆されていないアルミニウム（Ａｌ）部を除去し、アルミニウム（Ａｌ）製ゲート電極パターンを形成した。
以上の工程を、本発明のフォトエッチング工程と称する。
【０２１３】
＜ＴＦＴアレイ基板の作製＞
図３９（Ａ）工程〜図３９（Ｋ）工程に示すＴＦＴアレイ基板の製造方法に従ってＴＦＴアレイ基板を作製した。即ち、プラズマＣＶＤ技術により、ゲート酸化膜（約４００ｎｍ厚のＳｉＯｘ）を形成した。
次に、プラズマＣＶＤ技術によって半導体膜（約１００ｎｍ厚のａ−Ｓｉ）を蒸着し、さらにリン（Ｎ＋）を微量添加し、その後、ＴＦＴとなる部分のみを、前記と同様にポジ型感光性組成物を使用した本発明のフォトエッチング工程によりパターニングし、半導体層（ａ−Ｓｉ膜）を形成した。
その後、画素電極となる部分に透明導電膜であるＩＴＯ膜（約１００ｎｍ厚）をスパッタし、フォトエッチング工程によって画素電極を形成した。
一方、蓄積キャパシタＣｓの電源部を形成するためにＣｓ上のゲート酸化膜の一部を前記と同様にポジ型感光性組成物を使用した本発明のフォトエッチング工程によりパターニングして除去した。
次に、ＴＦＴのドレイン電極、ソース電極になる部分にアルミニウム（Ａｌ）をスパッタし、前記と同様にポジ型感光性組成物を使用した本発明のフォトエッチング工程によってパターニングして、各電極を形成した。
最後に、窒化膜（ＳｉＮｘ）の保護膜をＣＶＤ法によって成長させた。この成長の後に、前記と同様にポジ型感光性組成物を使用した本発明のフォトエッチング工程によってパターニングして保護膜を形成しＴＦＴアレイを作製した。
いずれのフォトエッチング工程においてもパターンエッジの切れは良好であった。
【０２１４】
また、ＴＦＴアレイ基板１００枚を処理して、その基板上のＴＦＴチップの評価を行ったところ、同一基板上に１ヶ以上の不良ＴＦＴを有する基板が２枚有り、ＴＦＴアレイ基板としての不良品の発生率は２％であった。
【０２１５】
（比較例１）
実施例１において、実施例１のパターン形成装置を用いず、石英ガラス製フォトマスクと超高圧水銀灯露光機を用いて５０ｍＪ／ｃｍ２でＵＶ露光した以外は、実施例１と同様にして、ポジ型感光層を露光し、その後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により現像した。
その際、フォトマスクの汚れが発生し、その部分のパターンには欠陥が生じるという故障が発生したので、フォトマスクを洗浄してから露光作業を続けた。
ＴＦＴアレイ基板１００枚を処理して、その基板上のＴＦＴチップの評価を行ったところ、同一基板上に１ヶ以上の不良ＴＦＴを有する基板の枚数は２５枚であり、ＴＦＴアレイ基板としての不良品の発生率は２５％であった。
【０２１６】
（実施例２）
実施例１において、実施例１と同じポジ型感光性組成物をシリコンウエハ上に塗布し、乾燥して、実施例１と同様にパターン露光、現像した後、１８０℃で３０分間ポストベークし、エッチング工程を以下のように変えた以外は、実施例１と同様にして、ＴＦＴアレイ基板を作製した。
ＴＦＴアレイ基板１００枚の基板を処理し、基板上の欠陥を評価したところ、１ヶ以上の不良ＴＦＴを有する基板は３ヶであり、不良率は３％であった。
【０２１７】
＜ドライエッチング工程＞
ポストベーク後のウエハーを、プラズマエッチング装置（株式会社東京真空製、ＳＵＰＥＲ  ＣＯＡＴ  Ｎ４００型）を用い、以下のドライエッチング条件で酸素プラズマエッチングを行った。エッチング工程終了後、以下のようにして、耐ドライエッチング性を評価した。
〔ドライエッチング条件〕
給電方式：カソードカップル、
電極サイズ：直径８０ｍｍ
処理ガス：酸素、
圧力：０．０６５Ｔｏｒｒ
ｒｆ印加電圧：８５Ｗ、
ｒｆ電力密度：１．６９Ｗ／ｃｍ２
処理時間：５分
【０２１８】
＜耐ドライエッチング性の評価＞
エッチング後の膜厚を測定し、エッチングにより消失した膜の厚さをエッチング時間で割り、酸素プラズマ速度（Ｏ２−ＲＩＥ  Ｒａｔｅ、単位：Å／ｓｅｃ）とした。実施例２の酸素プラズマ速度（Ｏ２−ＲＩＥ  Ｒａｔｅ）は、４０Å／ｓｅｃであった。なお、酸素プラズマ速度の値が小さいほど酸素プラズマ耐性が高いことを示し、実施例２のレジストが優れた耐ドライエッチング性を有することが認められた。
【０２１９】
＜レジスト剥離工程＞
レジスト剥離をモノエタノールアミン／ジメチルスルホキシド混合剥離液を用い、８０℃にて３分間浸漬処理したところ、剥離残査は認められず綺麗に剥離できた。
【０２２０】
（実施例３）
実施例１において、ポジ型感光性組成物（フォトレジスト）として、ポジ型フォトレジスト（富士フイルムアーチ社製、ＦＴＬＳ−Ｃ４）を用い、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）処理をしたシリコン基板上に、スピンコーターを用いて２５００ｒｐｍで２０秒間塗布し、１２０℃のオーブン中で２分間乾燥することにより、厚さ１．５μｍのポジ型感光層（フォトレジスト膜）を作製した。
種々のｌ／ｓ幅を有するパターンを有するレーザ光を露光し（５０ｍＪ／ｃｍ２）、２．３８質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液で８０秒間パドルによる現像を行い、超純水で水洗して乾燥した。
得られた解像度はｌ／ｓ＝３μｍ／３μｍであった。
【０２２１】
次に、実施例３のポジ型フォトレジスト（富士フイルムアーチ社製、ＦＴＬＳ−Ｃ４）を用いた以外は、実施例１と同様にして、露光、現像、エッチングを行い、ＴＦＴアレイ基板を作製した。
ＴＦＴアレイ基板１００枚を処理し、基板上の欠陥を評価したところ、１ヶ以上の不良ＴＦＴを有するＴＦＴアレイ基板は３ヶであり、不良率は３％であった。
【０２２２】
（実施例４及び比較例２）
図３９に示すＨ工程〜Ｉ工程は、スパッタ法により透明電極膜２６及びゲート酸化膜２３の２層を形成し、それぞれの層についてパターン形成を行っている。該パターン形成を以下のようにして行った。
【０２２３】
実施例４は、２段階の強度変調露光を含み、２種の現像強度の現像液を用いて現像する強度変調露光方式であり、１回のフォトレジスト塗布と、１回の強度変調露光、２回の現像、２回のエッチングでパターン形成を行っている。具体的には、図４１のａ２工程では、フォトレジスト塗布し、露光強度を変えて露光した後、１．６９質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液で２０秒間現像し、水洗した。次に、図４１のｂ２工程に示すように、厚みの異なるレジスト像が得られた。次に、図４１のｃ２工程に示すように、表面がレジストに覆われていない２６部及び２３部のエッチングを行った。次に、図４１のｄ２工程に示すように、２．３８質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液で現像し、薄いレジスト部分を除去し、表面がレジストに覆われていない２６部分のエッチングを行った。その結果、図４１のｅ２工程に示すように、解像度良く、良好な形状のパターンが形成できた。
【０２２４】
比較例２は、従来のパターン形成方法であり、図４０に示したように、ａ１工程、ｂ１工程、ｃ１工程、ｄ１工程、ｅ１工程、及びｆ１工程の６工程により、２枚のフォトマスクを用い、２回のフォトエッチング操作（フォトレジスト塗布＋露光＋現像＋エッチング）が必要である。
従って、強度変調露光方式を採用し、２種の現像強度の現像液を用いて現像する実施例４は、ａ２工程、ｂ２工程、ｃ２工程、ｄ２工程、及びｅ２工程の５工程でパターン形成可能であり、従来の比較例２における６工程に比べて、少ない製造工程により、効率よくＴＦＴアレイ基板を製造できる。
【０２２５】
（実施例５）
［液晶表示装置の作製及び評価］
実施例１〜３及び比較例１のＴＦＴアレイ基板を用いて、公知の方法（特開平１１−２４８９２１号公報）により液晶パネルを作製し、表示性能を評価したところ、比較例１の液晶表示装置と比較して、実施例１〜３の液晶表示装置は、良好な表示特性を示すことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０２２６】
本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料上に結像させる像の歪みを抑制することにより、パターンを高精細に、かつ、効率よく形成可能であるため、高精細な露光が必要とされるＴＦＴアレイ基板やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の電極板の製造に好適であり、本発明のパターン形成方法で製造されたＴＦＴアレイ基板はノートパソコン、テレビモニター等の大型の液晶表示装置（ＬＣＤ）用、ＰＡＬＣ（プラズマアドレス液晶）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０２２７】
【図１】図１は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図の一例である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの動作を説明するための説明図の一例である。
【図３】図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示した平面図の一例である。
【図４】図４（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図の一例である。
【図５】図５は、スキャナによる１回の走査で感光層を露光する露光方式を説明するための平面図の一例である。
【図６】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、スキャナによる複数回の走査で感光層を露光する露光方式を説明するための平面図の一例である。
【図７】図７は、パターン形成装置の一例の外観を示す概略斜視図の一例である。
【図８】図８は、パターン形成装置のスキャナの構成を示す概略斜視図の一例である。
【図９】図９（Ａ）は、感光層に形成される露光済み領域を示す平面図の一例であり、図９（Ｂ）は、各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図の一例である。
【図１０】図１０は、光変調手段を含む露光ヘッドの概略構成を示す斜視図の一例である。
【図１１】図１１は、図１０に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った副走査方向の断面図の一例である。
【図１２】図１２は、パターン情報に基づいて、ＤＭＤの制御をするコントローラの一例である。
【図１３】図１３（Ａ）は、結合光学系の異なる他の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った断面図の一例であり、図１３（Ｂ）は、マイクロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影される光像を示す平面図の一例であり、図１３（Ｃ）は、マイクロレンズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像を示す平面図の一例である。
【図１４】図１４は、ＤＭＤを構成するマイクロミラーの反射面の歪みを等高線で示す図の一例である。
【図１５】図１５は、前記マイクロミラーの反射面の歪みを、該ミラーの２つの対角線方向について示すグラフの一例である。
【図１６】図１６は、パターン形成装置に用いられたマイクロレンズアレイの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）の一例である。
【図１７】図１７は、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）の一例である。
【図１８】図１８は、マイクロレンズによる集光状態を１つの断面内（Ａ）と別の断面内（Ｂ）について示す概略図の一例である。
【図１９ａ】図１９ａは、マイクロレンズの集光位置近傍におけるビーム径をシミュレーションした結果を示す図の一例である。
【図１９ｂ】図１９ｂは、図１９ａと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図の一例である。
【図１９ｃ】図１９ｃは、図１９ａと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図の一例である。
【図１９ｄ】図１９ｄは、図１９ａと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図の一例である。
【図２０ａ】図２０ａは、従来のパターン形成方法において、マイクロレンズの集光位置近傍におけるビーム径をシミュレーションした結果を示す図の一例である。
【図２０ｂ】図２０ｂは、図２０ａと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図の一例である。
【図２０ｃ】図２０ｃは、図２０ａと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図の一例である。
【図２０ｄ】図２０ｄは、図２０ａと同様のシミュレーション結果を、別の位置について示す図の一例である。
【図２１】図２１は、合波レーザ光源の他の構成を示す平面図の一例である。
【図２２】図２２は、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの正面図（Ａ）の一例と側面図（Ｂ）の一例である。
【図２３】図２３は、図２２のマイクロレンズによる集光状態を１つの断面内（Ａ）の一例と別の断面内（Ｂ）について示す概略図の一例である。
【図２４】図２４は、光量分布補正光学系による補正の概念についての説明図の一例である。
【図２５】図２５は、光照射手段がガウス分布で且つ光量分布の補正を行わない場合の光量分布を示すグラフの一例である。
【図２６】図２６は、光量分布補正光学系による補正後の光量分布を示すグラフの一例である。
【図２７ａ】図２７ａ（Ａ）は、ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、図２７ａ（Ｂ）は、（Ａ）の部分拡大図の一例であり、図２７ａ（Ｃ）及び（Ｄ）は、レーザ出射部における発光点の配列を示す平面図の一例である。
【図２７ｂ】図２７ｂは、ファイバアレイ光源のレーザ出射部における発光点の配列を示す正面図の一例である。
【図２８】図２８は、マルチモード光ファイバの構成を示す図の一例である。
【図２９】図２９は、合波レーザ光源の構成を示す平面図の一例である。
【図３０】図３０は、レーザモジュールの構成を示す平面図の一例である。
【図３１】図３１は、図３０に示すレーザモジュールの構成を示す側面図の一例である。
【図３２】図３２は、図３０に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図３３】図３３は、レーザアレイの構成を示す斜視図の一例である。
【図３４】図３４（Ａ）は、マルチキャビティレーザの構成を示す斜視図の一例であり、図３４（Ｂ）は、（Ａ）に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図の一例である。
【図３５】図３５は、合波レーザ光源の他の構成を示す平面図の一例である。
【図３６】図３６（Ａ）は、合波レーザ光源の他の構成を示す平面図の一例であり、図３６（Ｂ）は、（Ａ）の光軸に沿った断面図の一例である。
【図３７】図３７（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置における焦点深度と本発明の永久パターン形成方法（パターン形成装置）による焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図の一例である。
【図３８】図３８は、ＬＣＤ用ＴＦＴ基板の代表的な断面構造を示す図である。
【図３９】図３９は、ＬＣＤ用ＴＦＴアレイの製造工程を示す断面図である。
【図４０】図４０は、図３９のＨ工程〜Ｉ工程について従来のパターン形成方法での製造工程を示す図である。
【図４１】図４１は、図３９のＨ工程〜Ｉ工程について本発明のパターン形成方法での製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【０２２８】
ＬＤ１〜ＬＤ７        ＧａＮ系半導体レーザ
１                  ガラス基板
２ａ                ゲート電極
２ｂ                Ｃｓ電極
３                  シリコン酸化膜
４                  シリコン窒化膜
５                  非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ）
６                  Ｎ＋不純物を混合したａ−Ｓｉ層
７ａ                ドレイン電極
７ｂ                ソース電極
８                  保護層
９                  画像電極
１０                  ヒートブロック
１１〜１７            コリメータレンズ
２０                  集光レンズ
２１                  絶縁性基板
２２ａ                金属パターン
２３                  ゲート酸化膜
２４                  半導体膜
２５                  Ｎ＋不純物を混合したａ−Ｓｉ層
２６                  ＩＴＯ膜
２７ａ                ドレイン電極
２７ｂ                ソース電極
３０〜３１            マルチモード光ファイバ
４４                  コリメータレンズホルダー
４５                  集光レンズホルダー
４６                  ファイバホルダー
５０                  デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５２                  レンズ系
５３                  反射光像（露光ビーム）
５４                  第２結像光学系のレンズ
５５                  マイクロレンズアレイ
５６                  被露光面（走査面）
５５ａ                マイクロレンズ
５７                  第２結像光学系のレンズ
５８                  第２結像光学系のレンズ
５９                  アパーチャアレイ
６４                  レーザモジュール
６６                  ファイバアレイ光源
６７                  レンズ系
６８                  レーザ出射部
６９                  ミラー
７０                  プリズム
７３                  組合せレンズ
７４                  結像レンズ
１００                ヒートブロック
１１０                マルチキャピティレーザ
１１１                ヒートブロック
１１３                ロッドレンズ
１２０                集光レンズ
１３０                マルチモード光ファイバ
１３０ａ              コア
１４０                レーザアレイ
１４４                光照射手段
１５０                感光層
１５２                ステージ
１５５ａ              マイクロレンズ
１５６                設置台
１５８                ガイド
１６０                ゲート
１６２                スキャナ
１６４                センサ
１６６                露光ヘッド
１６８                露光エリア
１７０                露光済み領域
１８０                ヒートブロック
１８４                コリメートレンズアレイ
３０２                コントローラ
３０４                ステージ駆動装置
４５４                レンズ系
４６８                露光エリア
４７２                マイクロレンズアレイ
４７６                アパーチャアレイ
４７８                アパーチャ
４８０                レンズ系
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006003422.tif 000009
【図５】
2006003422.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006003422.tif 000015
【図１１】
2006003422.tif 000016
【図１３】
2006003422.tif 000017
【図２１】
2006003422.tif 000018
【図２４】
2006003422.tif 000019
【図２５】
2006003422.tif 000020
【図２６】
2006003422.tif 000021
【図２７ａ】
2006003422.tif 000022
【図２９】
2006003422.tif 000023
【図３０】
2006003422.tif 000024
【図３１】
2006003422.tif 000025
【図３２】
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【図３３】
2006003422.tif 000027
【図３４】
2006003422.tif 000028
【図３５】
2006003422.tif 000029
【図３６】
2006003422.tif 000030
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
2006003422.tif 000033
【図４０】
2006003422.tif 000034
【図４１】
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【図４】
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【図１２】
2006003422.tif 000037
【図１４】
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【図１５】
2006003422.tif 000039
【図１６】
2006003422.tif 000040
【図１７】
2006003422.tif 000041
【図１８】
2006003422.tif 000042
【図１９ａ】
2006003422.tif 000043
【図１９ｂ】
2006003422.tif 000044
【図１９ｃ】
2006003422.tif 000045
【図１９ｄ】
2006003422.tif 000046
【図２０ａ】
2006003422.tif 000047
【図２０ｂ】
2006003422.tif 000048
【図２０ｃ】
2006003422.tif 000049
【図２０ｄ】
2006003422.tif 000050
【図２２】
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【図２３】
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【図２７ｂ】
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【図２８】
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