(57)【要約】【課題】  基板上に形成された感光層に露光および現像によりマスクパターンを形成し、そのマスクパターンを用いて基板をエッチングすることにより、基板にマスクパターンと同一形状のパターンを形成する際に、レジストパターンの破れによる歩留の低下を防止する一方で、厚膜パターン同士の隙間でエッチング液の流れが阻害されることを防止し、基板全体にわたり所望のパターンを精度良く形成できるようにする。【解決手段】  エッチング対象の銅薄膜３の上に、感度がそれぞれ異なるＮ層（Ｎ≧２）の感光層を、上層ほど感度が低い層となるように積層し、現像液やエッチング液のスプレー圧に耐え得る強度を確保したい部分（例えばスルーホール周辺）については、Ｎ層構造（例えば、薄膜高感度層４の上に厚膜低感度層９が積層された構造）のマスクパターンを形成する。この際、各層のパターンを上層ほど小さく形成することによってマスクパターン同士の隙間を広げ、現像液やエッチング液の流れが阻害されないようにする。【選択図】          図３
2005203434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された感光層に露光および現像によりマスクパターンを形成する方法において、
前記基板上に、感度がそれぞれ異なるＮ層（Ｎ≧２）の感光層を上層ほど感度が低い層となるように積層し、
前記Ｎ層の感光層のうち最下層として積層された第１感光層に前記基板に形成するパターンと同一形状の第１パターンを形成するとともに、前記第１感光層の上に積層された第Ｋ感光層（Ｎ≧Ｋ≧２）に、それぞれ第（Ｋ−１）感光層に形成された第（Ｋ−１）パターンよりも小さく且つ第（Ｋ−１）感光層に形成された第（Ｋ−１）パターンよりも内側に配置される第Ｋパターンを形成し、
前記第１および第Ｋパターンがそれぞれ形成されたＮ層の感光層からなるＮ層マスクパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１記載のパターン形成方法において、
前記露光を、二値画像データを構成する各画素データの値に基づいて変調された光ビームを露光面に結像させることにより該露光面を露光する露光装置を用いて行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
請求項２記載のパターン形成方法において、
前記第１パターンが形成される領域のエッジから中心にかけて、照射される光エネルギーが段階的に大きくなるように前記露光を行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
前記Ｎ層の感光層のうち前記第１感光層を除いた各感光層の厚さの合計をｔ１、第Ｎパターンのエッジから第１パターンのエッジまでの距離をｔ２としたときに、ｔ２≧ｔ１の関係が成り立つように前記第Ｎパターンを形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のパターン形成方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載のパターン形成方法により形成されたＮ層マスクパターンを用いて前記基板をエッチングすることにより、該基板に前記第１パターンと同一形状のパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の製造工程で基板上に配線パターンを形成する場合などに適したパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリント基板の配線パターンは、次の工程により形成される。まず、配線パターンを形成する導電層（例えば銅薄膜）の上に感光性材料からなるレジスト層を形成する。次に、そのレジスト層をマスクを用いて配線パターンと同じ形状に露光する。現像によってレジスト層に配線パターンと同じ形状のパターン（以下、レジストパターンと称する）を形成した後、そのパターンをマスクとして導電層をエッチングする。これにより、導電層に配線パターンが形成される。
【０００３】
両面プリント基板（あるいは多層プリント基板）の場合には、各面に形成される配線を接続するためのスルーホールが最初に形成され、その後各面について上記工程が繰り返される。このような工程は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平６−１６９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記プリント基板の製造工程では、レジスト層に現像液をスプレーするときや、レジストパターンが形成された基板にエッチング液をスプレーして導電層をエッチングする際、スルーホールが形成されている部分のレジストパターンが破れることがある。スルーホールが形成されている部分では、レジスト層の強度が他の部分よりも弱くなるからである。しかしながら、強度を確保するためにレジスト層を厚く形成すれば、レジスト層の現像工程で現像液の流れが阻害され、さらにはエッチング液の流れも阻害されるため、期待通りのパターンが得られないことがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて、レジストパターンの破れによる歩留の低下を防止し、かつ所望のパターンを精度良く形成することができるパターン形成方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明が提案する方法は、基板上に形成された感光層に露光および現像によりマスクパターンを形成する方法であって、次のステップを行うことを特徴とする。
【０００７】
まず、基板上に、感度がそれぞれ異なるＮ層（Ｎ≧２）の感光層を上層ほど感度が低い層となるように積層する。次に、そのＮ層の感光層のうち最下層として積層された第１感光層に、基板に形成するパターンと同一形状の第１パターンを形成する。さらに、第１感光層の上に積層された第Ｋ感光層（Ｎ≧Ｋ≧２）に、それぞれ第（Ｋ−１）感光層に形成された第（Ｋ−１）パターンよりも小さく且つ第（Ｋ−１）感光層に形成された第（Ｋ−１）パターンよりも内側に配置される第Ｋパターンを形成する。
【０００８】
詳細には、Ｎ層の感光層のうち第１感光層を除いた各感光層の厚さの合計をｔ１、第Ｎパターンのエッジから第１パターンのエッジまでの距離をｔ２としたときに、ｔ２≧ｔ１の関係が成り立つように第Ｎパターンを形成することが好ましい。
【０００９】
基板のエッチングは、この第１および第Ｋパターンがそれぞれ形成されたＮ層の感光層からなるＮ層マスクパターンを用いて行う。これにより、基板に第１パターンと同一形状のパターンが形成される。
【００１０】
露光は、マスク露光でもよいが、望ましくは、二値画像データを構成する各画素データの値に基づいて変調された光ビームを露光面に結像させることにより露光面を露光する露光装置を用いて行うのがよい。露光は、例えば、第１パターンが形成される領域のエッジから中心にかけて、照射される光エネルギーが段階的に大きくなるように行う。照射される光エネルギーが段階的に大きくなるようにするためには、光エネルギーの強さを段階ごとに設定して複数回の走査を行ってもよいし、１回の走査で複数段階の光エネルギーを照射することができる後述の露光装置を用いて露光を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパターン形成方法は、エッチング用のマスクとしてＮ層マスクパターンを用いる。Ｎ層のマスクパターンは、単層のマスクパターンに比べて十分な強度を有するため、現像工程やエッチング工程においてマスクが破れる心配はない。また、このＮ層マスクパターンは、上層ほどパターンが小さくなっており、パターン同士の隙間部分が広く開いた構造となるため、エッチング工程においてエッチング液の流れが阻害されることもなく基板を十分にエッチングすることができる。これにより、基板に高精度なパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のパターン形成方法の一実施の形態として、プリント基板の製造工程において基板上に配線パターンを形成する方法について説明する。
【００１３】
図１は、配線パターンを形成する基板１の断面を表す図であり、基板１にレジストフィルム７が貼り付けられた状態を示している。
【００１４】
基板１は、図に示すように、ガラスエポキシ基材２と、その両面に積層された銅薄膜３とからなる。レジストフィルム７は、支持体層６上に積層された厚膜低感度層５と薄膜高感度層４からなるフィルムである。レジストフィルム７は、図に示すように、薄膜高感度層４が基板１に接するように、基板１に貼り付ける。
【００１５】
薄膜高感度層４は４ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギーが照射された際に感光する材料からなり、その厚さは５〜１０μｍ程度である。厚膜低感度層５は、４０ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギーが照射された際に感光する材料からなり、その厚さは２０〜２５μｍ程度である。また、支持体層６はポリエステル（ＰＥＴ）６からなり、その厚さは、１５〜２５μｍ程度である。
【００１６】
なお、レジストフィルム７を貼り付ける以外の方法として、基板１上に、上記薄膜高感度層４、厚膜低感度層５の２層を順番に形成する方法も考えられる。
【００１７】
次に、レジストフィルム７の薄膜高感度層４および厚膜低感度層５にエッチング用のマスクパターンを形成する。図２（ａ）〜（ｃ）は、その方法について説明するための図である。図２（ａ）はレジストフィルム７が貼り付けられた基板１の上面図、図２（ｂ）は断面図を表している。また、図２（ｃ）は、露光によりスルーホール周辺部に形成される潜像を表している。
【００１８】
まず、図２（ａ）に示されるスルーホール８の周辺の領域９およびライン部１０に、４ｍＪ／ｃｍ２以上４０ｍＪ／ｃｍ２未満の光エネルギーを照射する。これにより、図２（ｂ）に示すように、薄膜高感度層４の領域９およびライン部１０に対応する部分に潜像２７ａが形成される。続いて、図２（ａ）に示される領域２８に４０ｍＪ／ｃｍ２以上の光エネルギーを照射する。これにより、図２（ｂ）に示すように、厚膜低感度層５の領域２８に対応する部分に、潜像２７ｂが形成される。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、領域２８は、領域９の内側にあり、その大きさは領域９よりも小さい。詳細には、領域２８のエッジから領域９のエッジまでの距離ｔ２は、厚膜高感度層５の厚みｔ１と同程度もしくはそれ以上とする（ｔ２≧ｔ１）。このように大きさの異なる領域９、領域２８にそれぞれ異なるレベルの光エネルギーを照射することによって、スルーホール周辺部には、図２（ｃ）の断面図に示すような潜像２７ａ、２７ｂが形成される。具体的には、例えば、領域９が直径５００μｍの円領域であれば、領域２８は、領域９と中心点を同じくする直径４５０〜４６０μｍの円領域である。
【００２０】
次に現像処理を行うと、図３に示すように、ライン部１０には薄膜高感度層４のみのレジストパターンが形成される。また、スルーホール周辺部には薄膜高感度層４のレジストパターンの上に、それよりも少し小さい厚膜低感度層５のレジストパターンが積層された、２層構造のレジストパターンが形成される。すなわち、スルーホール周辺部には現像液やエッチング液のスプレー圧に耐え得る厚いレジストパターンが形成され、他の部分には銅薄膜３のエッチングに適した薄いレジストパターンが形成される。
【００２１】
次に、図３のレジストパターンをマスクとして、銅薄膜３のエッチングを行う。図３に示した構造では、前述のように、スルーホール周辺部では十分なマスク強度が確保されているため、レジストパターンが破れるといった問題は発生しない。最後にレジスト層を剥離すれば、銅薄膜の配線パターンが得られる。
【００２２】
ここで、図４および図５を参照して、領域２８を領域９よりも小さくする理由、言い換えればスルーホール周辺部の厚膜低感度層５のレジストパターンを、薄膜高感度層４のレジストパターンよりも小さく形成する理由について説明する。
【００２３】
エッチング工程におけるレジストパターンの破れの問題は、スルーホール周辺部において薄膜高感度層４のレジストパターンの上に、同じ大きさの厚膜低感度層５のレジストパターンを重ねて形成することによっても解決できる。厚いレジストパターンを形成する範囲を必要最小限に留め、ライン部などは従来と同様１層のレジストパターンを形成すれば、パターンニングの精度もある程度は確保することができる。
【００２４】
しかし、この場合、基板上には、図４に示すように、２層構造のレジストパターンと１層構造のレジストパターンとが、混在して形成されることになる。その結果、エッチングが進行する部分、すなわちレジストパターンが形成されず銅薄膜３が露出している部分の構造としては、図４に示す構造２９、構造３０、構造３１の３種類の構造が、基板上に混在することになる。
【００２５】
構造２９は、２層構造のレジストパターン同士が隣接する構造である。この構造では、パターン同士の隙間が狭い場合に、エッチング工程においてエッチング液が流れ込みにくく、銅薄膜３に形成されるスペースの幅が期待した幅よりも狭くなることがある。あるいは、エッチング工程以前の現像工程で、レジスト層がある程度の深さまで除去された後に、レジストパターンの隙間に現像液が流れ込みにくくなり、現像が不十分となることがある。この場合も、銅薄膜３には、期待したとおりのスペースは形成されない。
【００２６】
構造３０は、２層構造のレジストパターンと１層構造のレジストパターンが隣接する構造である。この構造は、構造２９に比べれば、エッチング液や現像液の流れはよいものの、やはり構造２９と同様の問題が生じる。
【００２７】
これに対し、１層構造のレジストパターン同士が隣接する構造３１では、現像工程における現像液の流れ、エッチング工程におけるエッチング液の流れともに問題はなく、銅薄膜３に所望の幅のスペースが形成される。
【００２８】
このように、２層構造のレジストパターンと１層構造のレジストパターンとが混在する基板に対しエッチング処理を施すと、銅薄膜３の一部では所望どおりのパターンが形成され、他の一部では所望どおりのパターンが形成されないという問題が発生する。
【００２９】
しかし、２層構造のレジストパターンを形成する際に、厚膜低感度層５のパターンを、薄膜高感度層４のパターンよりも小さく形成すれば、図５に示すように、２層構造のレジストパターンが隣接する構造３２でも、また２層構造のレジストパターンと１層構造のレジストパターンが隣接する構造３３でも、パターン同士の隙間部分は単層のパターン同士が隣接する構造となる。このため、構造３２、３３および３１間でエッチング液や現像液の流れ方に差が生じることはなく、構造３２、３３および３１のいずれについても、エッチング工程において、銅薄膜３に所望の幅のスペースを形成することができる。
【００３０】
厚膜低感度層５のパターンを、薄膜高感度層４のパターンよりも小さく形成する理由は以上に説明したとおりであるので、厚膜高感度層５のパターンは、現像液やエッチング液の流れを阻害しない程度に内側に形成しなければならない。一般には、液の流れを阻害しないようにするためには、２層構造のパターンの周辺に、図２（ｃ）を参照して説明したように厚膜高感度層５の厚みと同程度もしくはそれ以上の幅の１層構造の部分を設ければよい。
【００３１】
なお、以上の説明では、スルーホール８の周辺に形成するレジストパターンとして、厚膜低感度層５と薄膜高感度層４の２層構造のパターンを例にあげたが、レジスト層の層数は、必ずしも２層である必要はなくＮ層（Ｎ＞２）であってもよい。そこで、そのような例として、次に、４層の感光層からなるレジストパターンをエッチング用のマスクとして用いる場合について説明する。
【００３２】
図６は、銅薄膜３のスルーホール８の周辺部に形成された４層構造のレジストパターンの断面を表す図である。レジストパターンの最下層３４、下から２番目の層３５、下から３番目の層３６および最上層３７は、それぞれ異なる感度の感光材料からなる層であり、上層ほど感度が低い層となる。また、各層のパターンは、上層にいくほど小さくなり、最上層３７のエッジから最下層３４のエッジまでの距離ｔ２は、層３５，層３６および層３７の厚みを合計した厚みｔ１と同程度もしくはそれ以上とすることが好ましい。すなわち、ｔ２≧ｔ１の関係式が成り立つような層構造とすることが好ましい。
【００３３】
図６に示したＮ層構造のレジストパターンでも、前述の２層構造のレジストパターンと同様、パターン同士の隙間において現像液やエッチング液の流れが阻害されることはない。このため、所望のスペース幅の銅薄膜パターンを精度良く形成することができる。
【００３４】
また、２層構造のレジストパターンでは、厚膜低感度層５の大きさを薄膜高感度層４よりも大幅に小さく形成した場合、薄膜高感度層４が単層で形成される範囲が広くなり、その部分では必ずしも十分な強度が得られないことがある。これに対し、図６に示した４層構造のレジストパターンでは、層３４が単層で形成される範囲は比較的狭くなるため、２層構造のレジストパターンに比べて高い強度を得ることができる。
【００３５】
次に、上記２層あるいはＮ層（３層以上）のレジストパターンを形成するための具体的な方法について説明する。前述のように、上記レジストパターンは、パターンを形成したい領域に、レジストパターンを構成する各層の感度に合った光エネルギーを段階的に照射することにより形成できる。例えば、図１〜５を参照して説明した例では、前述のように、領域９とライン部１０に４ｍＪ／ｃｍ２以上４０ｍＪ／ｃｍ２未満の光エネルギーを照射し、領域２８に、４０ｍＪ／ｃｍ２以上の光エネルギーを照射すればよい。図６に例示したレジストパターンを形成する場合も同様に、スルーホール８の周辺部において、領域９のエッジから中心にかけて、照射される光エネルギーが段階的に大きくなるように露光を行えばよい。
【００３６】
しかしながら、マスク露光により上記レジストパターンを形成する場合には、図２（ａ）の領域９およびライン部１０の露光に用いる第１のマスクと、領域２８の露光に用いる第２のマスクの、２種類のマスクを用意して、２回の露光を行わなければならない。これは、１層のレジストパターンを形成して銅薄膜をエッチングする従来の工程と比べると２倍の時間を要することになる。また、Ｎ層構造のレジストパターンの場合には、Ｎ倍の時間を要することになる。
【００３７】
さらには、複数回のマスク露光を行う場合、形成された各層のパターンの間にずれが生じることがある。高感度薄膜層４のパターンと低感度厚膜層５のパターンの形成位置にずれが生じた場合、図２（ｃ）に示した距離ｔ２が膜厚ｔ１よりも小さくなる可能性もある。そのような位置ずれが生じてしまった場合には、エッチング液の流れが阻害される可能性がある。Ｎ層構造のレジストパターンの場合も、位置ずれが発生した場合にレジストパターンの構造が複雑になり、エッチング液の流れが阻害される可能性がある。
【００３８】
このように、上記２層あるいはＮ層構造のレジストパターンは、マスク露光によっても形成できるが、マスク露光によるＮ層レジストパターンの形成は必ずしも容易ではない。
【００３９】
マスクを用いない露光方法としては、特開２００３−３４５０３０号公報に開示されている装置のように、空間変調素子により変調されたレーザ光により露光面にパターンを直接描画する露光装置を用いる方法が考えられる。この装置は、空間変調素子として、１画素を構成する微小ミラーを多数格子状に（例えば１０２４個×７６８個等）配列して構成されたデジタル・マイクロミラー・デバイス（テキサス・インスツルメンツ社の登録商標。以下ＤＭＤという）を採用した露光装置である。この装置では、各微小ミラーの向きが二値画像データを構成する各画素データの値に基づいて個別に制御され、各微小ミラーに入射されたレーザ光が、２方向のうちいずれかの方向に反射される。２方向のうちの一方向に反射されたレーザ光は、所定の光学系を経て感光部材に照射される。これにより、画素値が「１」の画素データについてのみレーザ光を感光部材上に結像させ、感光部材を二値画像データが表すパターンの形状に露光することができる。
【００４０】
しかし、このような露光装置を用いる場合であっても、図２（ａ）の領域９およびライン部１０と領域２８とに異なるレベルの光エネルギーを照射するためには、２回の露光を行わなければならない。すなわち、基板をレーザ光で２回走査しなければならない。Ｎ層構造のレジストパターンを形成する場合にはＮ回走査しなければならない。このため、このような露光装置を用いる方法も、マスク露光に比べればマスク作製のランニングコストがかからないという利点はあるものの、従来の１層のレジストパターンを形成する場合に比べて多くの時間を要することには変わりはない。
【００４１】
そこで、発明者は、以下に説明するようなパターン記録システムを新たに開発し、このシステムを用いて薄膜高感度層４や厚膜低感度層５を露光することによって、前述のようなレジストパターンを形成することとした。後述するように、このシステムによれば、単層のレジストパターンを形成する場合とほぼ同じ時間でＮ層のレジストパターンを形成することができる。
【００４２】
図７は、レジストパターンを記録する際に用いられるパターン記録システムの概要を示す図である。このパターン記録システムは、通常、パターンの設計に用いられているＣＡＤ（Computer Aided Design）システム１１およびＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)システム１２と、レジストフィルムが貼り付けられた基板にレジストパターンを記録する画像記録装置１３とにより構成される。
【００４３】
ＣＡＤシステム１１とＣＡＭシステム１２は、汎用のコンピュータ（パソコンなど）にＣＡＤソフトやＣＡＭソフトを組み込んだものである。ＣＡＭシステム１２は、基板に形成すべきパターンの寸法などをベクトルデータとして出力する。ＣＡＭシステム１２から出力されたベクトルデータは、画像記録装置１３に入力される。
【００４４】
画像記録装置１３は、ＣＡＭシステム１２から入力されたベクトルデータを二値画像データに変換するラスタ変換部１４(画像データ取得部)と、その二値画像データに対し、後述する画素値置換処理を施す画素値置換部１５と、画素値置換部１５により処理された二値画像データに基づいてレーザ光を変調して露光ビームを出力する露光処理部１６とを備える。
【００４５】
図８は、ＣＡＭシステム１２から画像記録装置１３に入力されるベクトルデータについて説明するための図である。ＣＡＭシステム１２からは、図に示すように、スルーホールの位置１７を示す座標データ、スルーホール周辺のランド部の径１８を示すデータ、ラインの始点や終点１９を示す座標データ、ライン幅２０を示すデータなどのベクトルデータが画像記録装置１３に入力される。本実施の形態では、スルーホール周辺のランド部の径１８は０．１〜６ｍｍであり、ライン幅２０は２０μｍである。ラスタ変換部１４は、これらのデータを利用して二値画像データを生成する。
【００４６】
図９は、ラスタ変換部１４が出力する二値画像データ２１の一部を例示した図であり、スルーホール周辺部に記録するパターン画像２２とライン部に記録するパターン画像２３を表している。レジストフィルム７がネガ型レジストである場合、ラスタ変換部１４は、記録すべきパターンを構成する画素データの値が「１」、それ以外の画素データの値が「０」に設定された画像を出力する。図は、そのような場合を例示しており、画素データの値が「１」の画素は黒く、値が「０」の画素は白く表示されている。
【００４７】
また、レジストフィルム７がポジ型レジストである場合には、記録すべきパターンを構成する画素データの値が「０」、それ以外の画素データの値が「１」に設定された画像を出力する。いずれの変換方法により変換を行うかは、レジストフィルム７の種類に応じて、外部からの入力により適宜設定できるようにしておくことが望ましい。
【００４８】
二値画像データ２１は、画素値置換部１５において処理される。画素値置換部１５の処理を説明するにあたり、先に、レーザ光が基板に当たった際に基板に照射されるエネルギーの分布状態について説明する。
【００４９】
図１０は、基板上の１点にレーザ光を照射した場合の照射エネルギー分布を表す図である。図に示すように、照射エネルギーの分布は、ガウシアン形状になることが知られている。
【００５０】
図１１は、基板上に画像が記録されたときの１画素に相当する範囲と、レーザ光のスポット径の関係を示す図である。基板上の１画素に相当する範囲を図中の領域２４で表わすものとする。本実施の形態では、領域２４のサイズは、２μｍ×２μｍである。図に示すように、レーザ光は、領域２４よりも広い範囲２５に照射される。本実施の形態では、レーザ光のスポット径φは、１２μｍである。但し、スポット径φは、レーザスポットの中心のエネルギーを１としたときに、１／ｅ２以上のエネルギーが照射される領域の径と定義される。
【００５１】
ここで、比較のため、従来の記録方法について説明する。図１２ａおよび図１２ｂは、図９に例示した二値画像データ２１のライン部のパターン画像２３を用いて、所定強度のレーザ光による露光走査を行った場合の照射エネルギーの分布を示す。図１２ａはエネルギー分布を立体的に表した図であり、図１２ｂは平面的に表した図である。ライン部の照射エネルギーは、図に示すように４０ｍＪ／ｃｍ２である。これは、厚膜低感度層５を感光するのに必要なエネルギー量に相当するので、図１２ａおよび１２ｂに示した例では、ライン部にも厚いレジストパターンが形成されてしまう。
【００５２】
次に、画素値置換部１５の処理について説明する。画素値置換部１５は、ライン部とスルーホール周辺の領域９のエッジ近傍において薄膜高感度層４のみが感光されるようにするために、一部の画素データの値を、「１」から「０」に置き換える。言い換えれば、ライン部などにおいて、値が「１」の画素データの間引きを行う。値が「１」の画素データの数（割合）が減ると、レジストフィルム７への照射エネルギーは低減されるので、図１２ａ、ｂの例と同じ強度のレーザ光で走査を行っても、ライン部とスルーホール周辺の領域９のエッジ近傍において厚膜低感度層５は感光されない。なお、画素値置換部１５は、スルーホール周辺の領域２８を構成する画素データについては、画素の置き換えを行わない。
【００５３】
例えば、図１３は、図９の二値画像データ２１のライン部のパターン画像２３に対し、値が「１」の画素データの数が１／２になるように画素値の置き換えを行った場合に得られるパターン画像を表している。画素値の置き換えは、図に示すように値が「１」の画素と値が「０」の画素とが交互に並んだパターン画像が得られるように行う。
【００５４】
図１４ａおよび図１４ｂは、図１３のパターン画像を記録した場合のエネルギー分布を示す図である。図１４ａはエネルギー分布を立体的に表した図であり、図１４ｂは平面的に表した図である。図に示すように、この例では、ライン部に照射されるエネルギーは、画素値の置き換えを行わない場合の半分の２０ｍＪ／ｃｍ２となる。このエネルギー量では、薄膜高感度層４にのみ潜像が形成され、厚膜低感度層５には潜像は形成されない。
【００５５】
なお、ライン部に照射されるエネルギーは４ｍＪ／ｃｍ２以上であればよいので、「１」の画素データの数が１／２よりもさらに少なくなるように画素値の置き換えを行ってもよい。
【００５６】
図７を参照して説明したように、本実施の形態では、画素値置換部１５に対し、ＣＡＭシステム１２からベクトルデータが入力される。画素値置換部１５は、二値画像データ２１のどの領域に対し、どのような置換処理を行うか、あるいは置換処理を行わないかを、入力されたベクトルデータに基づいて判断する。
【００５７】
例えば、図８に示したスルーホールの位置１７を示す座標データが与えられれば、画素値置換部１５は、その座標データが表す位置周辺のパターンはスルーホール周辺部のパターンであると判断する。この場合、画素値置換部１５は、ランド部の径１８を示すデータに基づいて図２（ａ）の領域９を認定し、さらに予め設定されている値ｔ２に基づいて、領域２８を認定する。そして、領域２８を構成する画素データについては値の置き換えは行わず、領域９のうち領域２８を除く他の部分を構成する画素データについて値の置き換えを行う。また、図８に示したライン幅２０のデータが与えられれば、画素値置換部１５は、その周辺のパターンはライン部を表すパターンであると判断し、画素値の置換えを行う。
【００５８】
図１５は、画素値置換部１５の処理の概要を表すフローチャートである。画素値置換部１５は、まずラスタ変換部１４が出力する二値画像データ２１と、ＣＡＭシステム１２から与えられたベクトルデータとを取得する。次に、ベクトルデータに基づいて、二値画像データ２１に含まれる領域を、例えば、図２（ａ）に示したような、スルーホール周辺の領域９、領域２８、ライン部１０、あるいは何も記録しない領域というように分類する。さらに、分類された各領域について、画素値の置き換えを行うか否か、行う場合には置き換える画素データの数（割合）を決定する。その後、各領域について、画素値の置き換えを行って、領域ごとに異なる置換処理が施された二値画像データを生成する。
【００５９】
図１６に、領域ごとに異なる置換処理が施された二値画像データの例として、図３に示した２層のレジストパターンを形成する際のパターンの記録に用いられる二値画像データを表す。図に示すように、領域２８では画素値の置き換えは行われないため、領域２８に相当する画素データの値はすべて１となる（図では値が「１」の画素を黒く、値が「０」の画素を白く表示している）。領域９の領域２８を除く部分と、ライン部１０では、値が「１」の画素データのうち半分の画素データの値が「０」に置き換えられる。
【００６０】
また、図６に例示した４層のレジストパターンを形成する場合には、例えば、領域９のエッジに近い部分では値が「１」の画素データのうち３／４の画素データの値を「０」に置き換え、より領域９の中心に近い領域では値が「１」の画素データのうち１／２の画素データの値を「０」に置き換え、さらに領域９の中心に近い領域では値が「１」の画素データのうち１／４の画素データの値を「０」に置き換え、領域９の中心部では置き換えを行わないというように、値を置き換える画素データの割合が領域９のエッジから中心にかけて段階的に少なくなるようにする。
【００６１】
予め上記のような画素データの値の置き換えを行っておけば、二値画像データが、図７の露光処理部１６に入力され、二値画像データに応じて変調されたレーザ光による走査が行われた際に、領域９のエッジから中心部にかけて照射される光エネルギーは段階的に大きくなり、Ｎ層レジストパターン形成に必要な露光を１回のレーザ光走査で行うことが可能になる。
【００６２】
次に、露光処理部１６について説明する。まず、露光処理部１６の構成について説明する。露光処理部１６は、図１７に示すように、シート状の基板１５０を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。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、ガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、副走査手段としてのステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するステージ駆動装置（図示せず）が設けられている。
【００６３】
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コ字状のゲート１６０が設けられている。コ字状のゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には基板１５０の先端および後端を検知する複数（例えば２個）のセンサ１６４が設けられている。スキャナ１６２およびセンサ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およびセンサ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。
【００６４】
スキャナ１６２は、図１８および図１９（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、基板１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置してある。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。
【００６５】
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、基板１５０には露光ヘッド１６６ごと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。
【００６６】
また、図１９（Ａ）および（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。
【００６７】
露光ヘッド１６６11〜１６６mn各々は、図２０および図２１に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて画素ごとに変調する空間光変調素子として、ＤＭＤ５０を備えている。このＤＭＤ５０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えたコントローラに接続されている。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、露光ヘッド１６６ごとに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。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、露光ヘッド１６６ごとにＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。
【００６８】
ＤＭＤ５０の光入射側には、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たレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源６６、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、このレンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。なお図２０では、レンズ系６７を概略的に示してある。
【００６９】
上記レンズ系６７は、図２１に詳しく示すように、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、この集光レンズ７１を通過した光の光路に挿入されたロッドインテグレータ７２、およびこの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から構成されている。ロッドインテグレータ７２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。
【００７０】
上記レンズ系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。
【００７１】
またＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光Ｂを、パターンを記録する基板１５０上に結像する結像光学系５１が配置されている。この結像光学系５１は図２０では概略的に示してあるが、図２１に詳細に示すように、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とから構成されている。上記のマイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ５０の各画素に対応する多数のマイクロレンズ５５ａが配置されてなるものである。このマイクロレンズ５５ａは、一例として焦点距離が０．１９ｍｍ、ＮＡ（開口数）が０．１１のものである。またアパーチャアレイ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５９ａが形成されてなるものである。
【００７２】
上記第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。そして第２結像光学系は、マイクロレンズアレイ５５を経た像を１．６７倍に拡大して基板１５０上に結像、投影する。したがって全体では、ＤＭＤ５０による像が５倍に拡大して基板１５０上に結像、投影されることになる。
【００７３】
なお本例では、第２結像光学系と基板１５０との間にプリズムペア７３が配設され、このプリズムペア７３を移動させることにより、基板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、基板１５０は矢印Ｙ方向に副走査送りされる。
【００７４】
ＤＭＤ５０は図２２に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば１０２４個×７６８個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に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％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジおよ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。
【００７５】
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±１０度）の範囲で傾けられる。図２３（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２３（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。したがって、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図２２に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射したレーザ光Ｂ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。
【００７６】
なお図２２は、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、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している。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された上記コントローラによって行われる。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、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００７７】
次に図２４を参照して、露光処理部１６の電気的な構成について説明する。図に示すように全体制御部３００には変調回路３０１が接続されている。変調回路３０１は、図４の画素値置換部１５から画素値置換処理済みの二値画像データを取得する。また、その変調回路３０１にはＤＭＤ５０を制御するコントローラ３０２が接続されている。さらに、全体制御部３００には、レーザモジュール６４を駆動するＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）駆動回路３０３が接続されている。また、全体制御部３００には、前記ステージ１５２を駆動するステージ駆動装置３０４が接続されている。
【００７８】
次に、上記露光処理部１６の動作について説明する。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系半導体レーザの各々から発散光状態で出射したレーザ光の各々は、対応するコリメータレンズによって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、集光レンズによって集光され、マルチモード光ファイバのコアの入射端面上で収束する。
【００７９】
本例では、コリメータレンズおよび集光レンズによって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバとによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズによって集光されたレーザ光が、このマルチモード光ファイバのコアに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザ光に合波されてマルチモード光ファイバの出射端部に結合された光ファイバから出射する。
【００８０】
各レーザモジュールにおいて、レーザ光のマルチモード光ファイバへの結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザの各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバの各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザ光を得ることができる。したがって、１４本のマルチモード光ファイバ全体では、２．５２Ｗ（＝０．１８Ｗ×１７）の出力のレーザ光が得られる。
【００８１】
画像露光に際しては、前述の画素値置換処理が施された二値画像データが図２４に示す変調回路３０１からＤＭＤ５０のコントローラ３０２に入力され、そのフレームメモリに一旦記憶される。
【００８２】
基板１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図２４に示すステージ駆動装置３０４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に取り付けられたセンサ１６４により基板１５０の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データ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画像データに基づいて露光ヘッド１６６ごと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ごとにＤＭＤ５０のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。なお本例の場合、１画素部となる上記マイクロミラーのサイズは１４μｍ×１４μｍである。
【００８３】
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は、レンズ系５４、５８により基板１５０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画素ごとにオンオフされて、基板１５０がＤＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、基板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、基板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ごとに帯状の露光済み領域１７０が形成される。
【００８４】
スキャナ１６２による基板１５０の副走査が終了し、センサ１６４で基板１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、ステージ駆動装置３０４により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、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。
【００８５】
以上、露光処理部１６の動作について説明した。なお、本実施の形態では、露光処理部１６が備える光源は、前述のようにＧａＮ系半導体レーザである。ＧａＮ系半導体レーザが発するレーザ光の波長は３５０〜４５０ｎｍであるが、好ましくはレーザ光の波長は４００〜４１５ｎｍとするのがよい。但し、レーザ光の波長は、レジストフィルム７の波長感度に合わせて選択すればよい。
【００８６】
露光処理部１６は、照射光として３００〜１０６００ｎｍの種々の波長の光を選択できるよう、複数種類の光源を備えていてもよい。光源としては、半導体レーザダイオードのほか、固体レーザ、ガスレーザなども採用できる。具体的には、波長約６５０ｎｍの半導体レーザダイオード、波長約５３２ｎｍのＹＡＧレーザとＳＨＧを組み合わせたレーザ、波長約３５５ｎｍのＹＡＧレーザとＳＨＧを組み合わせたレーザ、波長約３５５ｎｍのＹＬＦレーザとＳＨＧを組み合わせたレーザ、波長約２６６ｎｍのＹＡＧレーザとＳＨＧを組み合わせたレーザ、波長約２４８ｎｍのエキシマレーザ、波長約１９３ｎｍのエキシマレーザ、波長約１０６００ｎｍのＣＯ２レーザなどが候補としてあげられる。
【００８７】
以上に説明したように、レジストフィルム７への照射エネルギーは、二値画像データの各領域における画素値置換状況に応じて変化するため、１回の走査で、異なるエネルギー量の記録を行うことができる。すなわち、図２（ｂ）に例示した露光（潜像形成）を、１回の走査で行うことができる。これは、従来の露光方法に比べて、画像記録に要する時間が半分以下になることを意味する。
【００８８】
また、従来の方法のように複数回の走査を行う場合、各走査により記録されたパターン同士がずれる場合があるが、本実施の形態の方法では１回の走査ですべてのパターンを記録するため、位置ずれの問題は発生しない。このように、このパターン記録システムを用いて上述のようなレジストパターンを形成れば、生産性の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】基板の断面を表す図
【図２】露光方法について説明するための図
【図３】露光と現像により形成されるレジストパターンの一例を示す図
【図４】レジストパターン上層を下層よりも小さく形成する理由を説明するための図
【図５】レジストパターン上層を下層よりも小さく形成する理由を説明するための図
【図６】Ｎ層構造のレジストパターンの一例を示す図
【図７】パターン記録システムの概要を示す図
【図８】ＣＡＭシステムの出力データについて説明するための図
【図９】ラスタ変換部が出力する二値画像データの一部を例示した図
【図１０】レーザ光のエネルギー分布を表す図
【図１１】レーザ光の照射位置とスポット径の関係を示す図
【図１２ａ】記録媒体に照射されるエネルギーの分布を示す立体図（画素値置換を行わない場合）
【図１２ｂ】記録媒体に照射されるエネルギーの分布を示す平面図（画素値置換を行わない場合）
【図１３】画素値置換後の二値画像データの一例を示す図（値が「１」の画素データの数が１／２になるように画素値の置き換えを行った場合）
【図１４ａ】図１３の二値画像データのパターンを記録した場合に記録媒体に照射されるエネルギーの分布を示す立体図
【図１４ｂ】図１３の二値画像データのパターンを記録した場合に記録媒体に照射されるエネルギーの分布を示す平面図
【図１５】画素値置換部１５の処理の概要を表すフローチャート
【図１６】２層レジストパターンを形成する際にパターンの記録に用いられる二値画像データの例を表す図
【図１７】露光処理部の外観を示す斜視図
【図１８】露光処理部のスキャナの構成を示す斜視図
【図１９】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図
【図２０】露光処理部の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図２１】露光ヘッドの、光軸に沿った副走査方向の断面図
【図２２】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
【図２３】（Ａ）および（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図
【図２４】露光処理部の電気的構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００９０】
１  基板、  ２  ガラスエポキシ基材、  ３  銅薄膜、  ４  薄膜高感度層、  
５  厚膜低感度層  ６  ＰＥＴ層、  ７  レジストフィルム、  ８  スルーホール、  
９，２８  スルーホール周辺の領域、  １０  ライン部、  １１  潜像、  
１３  画像記録装置、  １７〜２０  ベクトルデータの例、  ２１  二値画像データ、
２４  一画素に相当する領域、  ２５  レーザスポット照射範囲、  
２７ａ、ｂ  潜像、  ２９〜３３  隙間構造、  ３４〜３７  感光層、  
５０  デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、  
５１  拡大結像光学系、  ５３，５４  第１結像光学系のレンズ、  
５５  マイクロレンズアレイ、  ５７，５８  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、  ６８  レーザ出射部、
７２  ロッドインテグレータ、  １５０  記録媒体、  １５２  ステージ、
１６２  スキャナ、  １６６  露光ヘッド、  １６８  露光エリア、  
１７０  露光済み領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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