JP2004240216A - Method for manufacturing printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板の製造方法に関し、特に、３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫外領域を含む感光波長領域に感度を有する感光性樹脂を用いて、感光性基板からプリント配線板を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器における軽薄短小化、高機能化の要求は益々高まっており、キーデバイスとしては半導体とプリント配線板であることは言うまでもない。
【０００３】
半導体は周知の通り集積度の増大と高機能化のため、チップサイズ及び端子数が増大しており、そのため端子の狭ピッチ化が一層進んでいる。従って、ＢＧＡやＣＳＰといった新しいパッケージ形態や半導体を直接基板に実装するフリップチップ実装技術の開発も各方面で検討されている。また近年は更なる小型化のため、受動素子内蔵基板の検討も行われている（非特許文献１）。
【０００４】
従来の片面基板、両面基板、多層基板、フレキシブル基板などの各製造法に加えて近年、高密度プリント配線基板の製造方法として、ビルドアップ工法（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）、ＤＶマルチ（非特許文献５）、サンドブラスト工法（非特許文献６）、ＡＬＩＶＨ法（非特許文献７）、Ｂ２ｉｔ工法などが開発されてきた。
【０００５】
プリント配線板は、通常、表面に金属層と感光性樹脂層とをこの順に備えた感光性基板の該感光性樹脂層に所定の配線パターンの露光を与える工程、露光領域もしくは未露光領域のいずれかを現像処理により除去して金属層の表面を露出させる工程、金属表面の露出部をエッチング処理により除去する工程、そして金属層表面に残留している樹脂層を溶解もしくは脱離させる工程をこの順に実施することにより製造されている。
【０００６】
上記の製法において、感光性基板の感光性樹脂層に所定の配線パターンの露光を与える工程は、得られるプリント配線板の精細度を決定する大きな要因となる工程である。従来、配線パターンを形成するための露光は全面照射型の水銀ランプとフォトマスクとを組合せる方法が一般的であったが、精細な配線パターンの形成には、この方法では限界がある。
【０００７】
すなわち、近年、プリント配線板製造用の露光装置として、レーザ走査露光装置が実用化されている。レーザ走査露光を用いることにより、上述のマスク露光における問題点を解決することができるとされている。
【０００８】
【非特許文献１】
第２７回ＰＷＢ新技術シンポジウム２００２Ｐ７６−８７，ＩＳＳ産業科学システムズ
【非特許文献２】
Ｙ．Ｏｒｉｉ ｅｔ．ａｌ．，ＩＭＣ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｏｍｉｙａ，ｐ２０９−２１３，１９９６
【非特許文献３】
塚田 裕，回路実装学会誌、１１，３０６，１９９６
【非特許文献４】
高崎義徳、回路実装学会誌、１１，４７２、１９９６）
【非特許文献５】
太田広徳 他，ＮＥＣ技報，４９（１０）ｐ４０−４３，１９９６
【非特許文献６】
高橋亨，電子材料Ｎｏ１０，ｐ７８−８０，１９９６
【非特許文献７】
電子材料Ｎｏ１０，ｐ５２−５８，１９９５
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来は、感光性基板の感光性樹脂層に所定の配線パターンを形成するために露光を与える工程を行なう際に使用される露光方式は、フイルムマスクを用いた水銀ランプの一括露光方式が主流である。このプリント配線板の製造のための露光に関しては、露光装置の部品実装の高密度化に伴うパターンの高精細化が進んでいるが、フイルムマスクを使用しているため、フイルムの温湿度変化に伴う伸縮、基板側の温度による伸縮により現状以上の高精細化を図ることが困難である、という問題があった。なお、フイルムマスクに代えてガラスマスクを使用すればフイルムの伸縮の問題は解決するが、ガラスマスクは高コストで取り扱いが難しい。
【００１０】
また、プリント配線板の製造工程においては、多品種少量生産、即時生産（いわゆるオンデマンド生産）が時流であるが、一括露光方式はマスク露光に準備時間が掛かるのでオンデマンド生産には適さないという問題がある。また、一括露光方式では、埃塵やマスク欠陥に起因して、歩留まりが低下するという問題もある。加えて、マスク露光では、超高圧水銀ランプ、マスク費用等が必要でランニング・コストが高くなるという問題がある。更に、信号の高周波化に伴い、プリント配線板におけるパターン再現性が強く求められる傾向にあるため、実際の量産ラインで試作した基板を性能検証しないと、性能が保証できない状況になってきており、量産ラインにおいてもフレキシブルな生産が可能なマスクレス露光装置に対する要求が強まってきている。
【００１１】
前述のように、近年、プリント配線板製造用の露光装置として、レーザ走査露光装置が既に実用化されている。レーザ走査露光を用いることによって、上述のマスク露光における問題点を解決することができるとされている。しかし、レーザ走査露光装置は普及していないのが現状である。普及しない理由としては、これまでに開発されたレーザ走査露光装置は、光源として数ワットクラスのアルゴンガスレーザを使用しているため、（１）マスク露光装置並みの露光速度（生産性）を得るためには高感度な被露光材料が必要となる、（２）ガスレーザ自体が高価で装置価格が高くなると共にメンテナンス費用も高価である、（３）従来の被露光材料では光源パワーが低いために生産性が非常に低い、（４）一部の機種では光源波長が４８８ｎｍ、５３２ｎｍと可視波長領域にあり、暗室作業が必要となる、（５）高感度で且つ可視波長域に感度を持つ特殊な被露光材料はコストが高く、安定性が不十分であるという問題があるためであると考えられる。
【００１２】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決することを目的とする。本発明は特に、プリント配線板製造用の感光性基板をレーザ光線を用い直接走査露光して、高速且つ高精細なプリント配線板を得ることのできる技術を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に金属層と感光性樹脂層とをこの順に備えた感光性基板の該感光性樹脂層に所定の配線パターンの露光を与える工程、露光領域もしくは未露光領域のいずれかを現像処理により除去して金属層の表面を露出させる工程、金属表面の露出部をエッチング処理により除去する工程、そして金属層表面に残留している樹脂層を溶解もしくは脱離させる工程をこの順に実施することからなるプリント配線板の製造方法において、該露光操作を、紫外領域を含む上記感光性樹脂の感光波長領域の光ビームを出射する高出力レーザ光源を備えると共に、上記感光性樹脂層を、前記高出力レーザ光源から出射され且つ画像データに応じて変調された光ビームで所定走査方向に走査して露光する露光手段と、前記露光手段を前記感光性樹脂層に対して前記所定走査方向と交差する方向に相対移動させる移動手段とを含む露光装置であって、該高出力レーザ光源を、窒化ガリウム系半導体レーザ、窒化ガリウム系半導体レーザで固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射する半導体レーザ励起固体レーザ、赤外領域の光を出射する半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザまたはファイバアンプ、及び窒化ガリウム系半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザのいずれかで構成した露光装置を用いて行なうことを特徴とする製造方法にある。
【００１４】
本発明はまた、表面に金属層と感光性樹脂層とをこの順に備えた感光性基板の該感光性樹脂層に所定の配線パターンの露光を与える工程、露光領域もしくは未露光領域のいずれかを現像処理により除去して金属層の表面を露出させる工程、金属表面の露出部をエッチング処理により除去する工程、そして金属層表面に残留している樹脂層を溶解もしくは脱離させる工程をこの順に実施することからなるプリント配線板の製造方法において、該露光操作を、紫外を含む上記感光性樹脂の感光波長領域のパルス駆動により光ビームを出射する高出力レーザ光源を備えると共に、該感光性樹脂層を、前記高出力レーザ光源から出射され且つ画像データに応じて変調された光ビームで所定走査方向に走査して露光する露光手段と、前記露光手段を前記感光樹脂層に対して前記所定走査方向と交差する方向に相対移動させる移動手段と、を含む露光装置であって、前記高出力レーザ光源を、窒化ガリウム系半導体レーザ、窒化ガリウム系半導体レーザで固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射する半導体レーザ励起固体レーザ、赤外領域の光を出射する半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザまたはファイバアンプ、及び窒化ガリウム系半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザのいずれかで構成した露光装置を用いて行なうことを特徴とする製造方法にもある。
【００１５】
本発明の好ましい態様を次に記載する。
（１）感光性基板が、片面基板、多層基板、フレキシブル基板、ビルドアップ基板、もしくはＡＬＩＶＨ基板である。
（２）感光性樹脂層が、基板への感光性樹脂フィルムの貼り付け、もしくは感光性樹脂溶液の塗布と乾燥により形成されている。
【００１６】
（３）露光装置が、前記露光手段を複数設け、該複数の露光手段の各々を前記感光材料に対し各々独立または一体に移動可能にしているものである。
（４）露光装置の露光手段が、静電気力を利用した電気機械動作により駆動されて光ビームを変調する空間変調素子を備えている。
（５）露光装置の露光手段に備えられた空間変調素子が、複数の可動マイクロミラーを配列したデジタル・マイクロミラー・デバイスで構成されている。
（６）露光装置の露光手段に備えられた空間変調素子が、反射回折格子型のグレーティング・ライト・バルブ素子で構成されている。
【００１７】
（７）露光装置の露光手段に備えられた空間変調素子が、第１の反射面が形成された微小固定素子と、第２の反射面が形成された微小可動素子と、が基板面上に所定方向に沿って交互に多数個配列され、静電力が作用したときに微小可動素子が移動して第１の反射面と第２の反射面との距離が変化し、入射光を回折させる反射回折格子型のグレーティング・ライト・バルブ素子で構成されている。
（８）露光装置の露光手段に備えられた空間変調素子が、複数のグレーティング・ライト・バルブ素子を前記所定走査方向に略直交する方向に１列または複数列に分けて配列した光変調アレイ素子として構成されている。
（９）空間変調素子のグレーティング・ライト・バルブ素子の格子板長手方向が、前記光変調素子アレイの配列方向に一致している。
（１０）露光装置の露光手段に備えられた空間変調素子が、素子表面の法線を軸として、光軸に対し所定角度回転した向きで配置されている。
【００１８】
（１１）前記感光性基板が、縦型の平板ステージに保持される。
（１２）露光装置の露光手段に備えられた高出力レーザ光源を、窒化ガリウム系半導体レーザをファイバに結合した第１のレーザ光源、複数の窒化ガリウム系半導体レーザを合波光学系によりファイバに結合した第２のレーザ光源、前記第１のレーザ光源のファイバ及び前記第２のレーザ光源のファイバの少なくとも一方を線状のレーザ光束が出射されるようにアレイ状に配列した線状レーザ光源、及び前記第１のレーザ光源のファイバ及び前記第２のレーザ光源のファイバの少なくとも一方をスポット状のレーザ光束が出射されるようにバンドル状に配列した面状レーザ光源のいずれかで構成している。
（１３）露光装置の露光手段に備えられた高出力レーザ光源を、紫外を含む所定波長領域の光ビームを出射する複数のレーザ光源、及び該複数のレーザ光源から出射されたレーサ光を合波する合波光学系を含んで構成した請求項１乃至１４のうちのいずれかの項に記載のプリント配線板の製造方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のプリント配線板の製造方法について説明する。
【００２０】
従来の多層プリント基板の製造方法では、各層の回路を形成した後、重ねて一括して圧着する方法が利用されている。これに対して、ビルドアップ工法とは、基本となる基材の上に絶縁層および配線層を１層ずつ順次重ねて形成してゆく工法である。各絶縁層および配線用導体層の形成方法には各社色々のバリエーションがある。ビルドアップ工法の典型的な工程を図２８に示す。
【００２１】
図２８のベース基板には従来のガラスエポキシ片面板や両面板が用いられることが多いが、アラミド繊維に樹脂を含浸した基板やポリイミド基板などが用いられることもある。ベース基板上に積層される絶縁層は樹脂溶液をコーダーや印刷機で塗布するか、または予めシート状に形成された樹脂を張り付けて形成する。シートを用いる方法は溶液塗布に比べてシート成型のコストはかかるものの、基板内で膜厚を一定にでき、また、製造工程がドライプロセスである等の利点がある。絶縁層へのビアホール形成（穴開け）には、一般に、下記の方法が用いられている。
【００２２】
（１）絶縁層に感光性樹脂を用いてフオトプロセスで開ける方法、
（２）非感光性樹脂を用いてレーザーで融解して開ける方法
（３）サンドブラストで削り取る方法
【００２３】
また、各層の回路は、下記の方法で形成される。
（１）サブトラクティブ法
（２）フルアデイティブ法
（３）セミアディティブ法
（４）印刷法
【００２４】
（１）のサブトラクティブ法は、従来のプリント配線基板と同様に銅箔をエッチングして形成する方法である。（２）のフルアデイティブ法は、回路配線を全てメッキで形成するメッキ法である。（３）のセミアディティブ法は、図２８の例に示すように、無電解メッキと電解メッキ及びエッチングを組み合わせて、性能的、コスト的に、より実用化し易い形にまとめた方法である。尚、サブトラクティブ法の場合もビアホールの内壁には無電解メッキで 銅膜を形成する必要がある。
【００２５】
ビルドアップ工法を用いることで次のような利点がある。まず、（１）配線が形成された銅張り基板を一括して接着積層する従来工法に比べて、インナービアホールの形成が容易な点である。これにより、実装密度を上げ、基板の小型化および耐ノイズ性を向上できる。また、（２）従来のガラスエポキシ板、紙フェノール板に対してはドリルでビアホールの穴開けが行われていたため、穴径を３００μｍ以下にすると歩留まりが低下するため小径化が困難であったが、ピルドアップの場合は上記のような種々の穴開け法が適用できるため、ビア径１００μｍが可能である。さらに、（３）回路配線幅についても、セミアディティブ法やフルアディティブ法を用いることで、ライン／スペース５０／５０μｍ以下のパターンも可能になってきている。さらに、（４）基板の薄膜化についても、絶縁層を溶液塗布またはフイルム積層で形成する場合には、０．１ｍｍ／層以下の薄膜化が容易である。この他、（５）従来の積層法に比べて層間の位置あわせ精度が向上するため、ビアランドの小径化が可能になる等の利点もある。また、（６）絶縁層にガラス布を含まないため、基板の低誘電率化が図れ、高周波用途に有利になる等の利点も挙げられる。この様に、ビルドアップ工法は高密度実装化に非常に適した工法といえる。
【００２６】
サブトラクティブ法は、従来からプリント配線板の回路形成方法として広く用いられている方法であり、現在でも最も多用されている方法である。以下、この方法による回路形成工程を説明する。まず、絶縁層の上に全面均一に 銅等の金属膜を形成する。その形成方法は従来の銅張り基板と同様に、金属箔をラミネートする場合が多い。次いで金属膜上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィーによりパターン露光、現像を行い、配線部分のみを残して他の部分を現像する。このレジストパターンをマスクとして金属膜をエッチングし、最後にレジスト膜を除去して回路パターンを形成する。
【００２７】
上記のサブトラクティブ法の難点は、ウエットエッチングを用いるため、配線断面が台形になることである。そのため、１００μｍ以下の高精細パターンになると歩留まりが低下する。また、断面が台形であるため、実装パッド部等では半田リフローの際に隣接パッド間で短絡が発生する危険性がある。一方、この方法の利点は、上記のように、予め金属箔をラミネートした絶縁膜を用いることができるので、金属膜をメッキで付与した場合に比べて接着強度が強いことである。
【００２８】
フルアディティブ法とは、メッキにより回路配線を形成する方法である。この方法は、絶縁基板上に予め感光性のドライフィルムレジストを貼り付け、現像後に配線パターンの無い部分のみにドライフィルムレジストが残るように光パターニングする。つづいて、無電解メッキによりドライフィルムレジストの無い部分のみに金属を形成する。
【００２９】
フルアディティブ法では、配線パターンの精度がドライフィルムレジストのパターニング精度で決まるため非常に高精度にできる利点がある。また、サブトラクティブ法と異なり、配線の断面形状が台形化することもない。さらに、回路形成と同時にインナービアの内壁にもメッキできるため工程数を非常に少なくできる利点がある。一方、この方法の問題点として、以下の点が挙げられる。まず、絶縁層上への無電解メッキ膜は接着強度が低いため、ビール強度を上げるための処理が必要である。現状では、絶縁層の機械研磨や、酸化剤の溶液等で化学粗化する方法が採られている。また、絶縁層内に無機フィラーまたは有機フィラー（樹脂粉）を加え金属膜との接着性を高める等の処理もなされている。
【００３０】
セミアディティブ法（エレクトロニクスと高分子（４訂版）化学技術戦略推進機構，ｐ４８−５０（２００１））は、現在ビルドアップ工法用の回路形成技術として最も注目されている方法であり、実用化の例も出始めている。以下、この方法の形成工程を示す。
まず、絶縁層全面に無電解メッキで均一に薄い金属膜を形成する。その上にレジスト膜を形成し、回路パターンの無い部分のみにレジストが残るように光パターニングする。つづいて、無電解メッキ層を電極にしてレジストの無い部分に電解メッキで厚膜を形成する。最後にレジストを除去するとともに無電解メッキ膜をソフトエッチングして回路形成を完了する。この方法はフルアディティブ法と同様、ライン／スペース５０／５０μｍ以下の高精細パターンが形成でき、しかもフルアディティブ法に比べて金属膜を厚膜化できるメリットがある。近年のパルスメッキ法の進歩（エレクトロニクス用機能メッキ、Ｐ１０２−１０７、シーエムシー刊、及び表面技術、４９（１２）９０−９３（１９９８））で、パターンメッキ時の銅厚のムラも抑制され、２５μｍ／２５μｍのパターンも得られるようである（第２７回ＰＷＢ新技術シンポジウム２００２，Ｐ２−１５，ＩＳＳ産業科学システムズ）。
【００３１】
高精細化は期待できないが低コストな回路形成方法として印刷法がある。厚膜用導電性ペーストを基板上にスクリーン印刷して回路を形成する方法である。
厚膜用導電性ペーストは導電性微粒子を印刷塗布に適するようペースト状に調合したものであり、その組成は導電性微粒子、結合材としての樹脂、溶剤からなる。導電性ペーストには焼成型と硬化型があるが、プリント配線基板の場合は基板自体の耐熱性が低いため、硬化型が用いられる。具体的な工程としては、導電性ペーストを基板上にスクリーン印刷した後にオーブン中で１５０〜２００℃で１５分程度加熱硬化すれば出来上がるため、非常に省工程である。従って、低コストな配線技術といえる。しかし、解像度の面から見ると、上記の方法の中で最も低く、ライン幅６０〜１００μｍが限界と考えられる。また、配線の抵抗値も金属箔、メッキ、および金属蒸着の場合に比べて高い。
【００３２】
一方、セラミック基板のプリント配線形成では、導電性ペーストを用いた印刷形成が最も一般的である。セラミック基板の場合は、基板も焼成する必要があるため、高温焼成型導電性ペーストを用いることができる。高温焼成型ペーストは低温硬化型と同様、導電性微粒子、樹脂、そして溶剤からなるが、高温（８００〜１６００℃）で焼成するため、樹脂や溶剤の有機バインダー成分は気体となって消失し、金属粒子のみが溶融して連続体となる。従って、焼成後の配線抵抗値は条件管理を厳しくすることで金属箔と同程度まで低くすることができる。
【００３３】
［ビアホール形成方法］
（１）フォトリソグラフィー法
フォトリソグラフィー法は、絶縁層に感光性の樹脂（レジスト）を用い、ビアホールパターンに対応したマスクを介して露光した後、現像することでビアホール形成する方法である。ドリル穴開け法やレーザー穴開け法に比べて、ビアホールの数に関係なく一括してビア形成ができるため、大量生産を考えるとコストメリットがある。この手法は最も高精細なビア形成が可能な方法として、ビルドアップ工法で多用されている。
【００３４】
レジストがポジ型（感光部が可溶化するタイプ）であるか、ネガ型（感光部が不溶化するタイプ）であるかによって、マスクのポジ、ネガを反転する必要がある。一般に、ネガ型のレジストを用いるとビアの断面形状が底広がりになり、ポジ型のレジストを用いると上面が広がる傾向にある。可能な最小ビアホール径はレジストの特性で決まるが、１００μｍ以下の径が実用化できている．
【００３５】
（２）レーザー穴開け法
レーザー穴開け法は、絶縁層にレーザー光を照射して焼き切ることでビアホールを形成する手法である。この方法は、フォトリソグラフィー法に比べて材料の選択の自由度が高く、また、絶縁層が厚くても容易に加工できる利点がある。また、フォトリソグラフィー法では膜厚、露光量、現像時間等、最適条件に設定するためのパラメータが多いのに対して、レーザ穴開け法の場合はレーザ出力のみをパラメータとすればよいことも利点の１つである。絶縁層の穴開け厚さの設定は、加工の下部に金属部を設置することで設定できる。レーザー穴開け法は樹脂膜については材料を選ばずビア形成できるが、ガラスエポキシ積層板やセラミック材等無機組成を含む絶縁材のビア形成には使いにくい。
【００３６】
レーザ光源には、短パルスＣＯ２レーザおよびエキシマレーザが用いられているが、エキシマレーザはコスト高であることから、ＣＯ２レーザが用いられる場合が多い。レーザ光の照射方向をガルバノミラーでスキャンし、試料との間に設置されたｆθレンズで試料上面に焦点を当て絞っている。ガルバノミラーを使って光学的にスキャンしているためドリル加工に比べて約１０倍の加工速度が実現できている（１００穴／秒）。また、ビア精度としては、１００〜１５０μｍ径のビアホールが実現できている。
【００３７】
（３）サンドブラスト法
サンドブラスト法は、ビアホール以外の部分をレジストで覆った後、絶縁膜をサンドブラストでドライエッチングする方法である。この方法の利点はレーザー穴開け法と同様、絶縁膜の組成が制限されないことである。絶縁層はそれ自身、（１）耐熱性、（２）ビール強度、（３）絶縁抵抗、（４）低誘電率、（５）耐薬品性等、保持しなければならない特性が数多くある。しかし、感光性を持たせるためにはその組成が著しく制限されるため、上記の特性をある程度犠牲にせざるを得ない。また、逆に、上記の特性を考慮した結果、感光特性が犠牲になる場合もある。それに対して、サンドブラスト法では、絶縁層材料に感光性をもたせる必要がないため、上記（１）〜（５）の特性を向上することができる。さらに、解像度は絶縁膜上に設置したレジスト膜の解像度で決まるため、フォトリソグラフィー法より高い値を期待できる可能性もある。サンドブラスト機で用いる研磨剤の材質は絶縁膜の組成によって異なるが、研磨剤の粒径は通常１０〜３０μｍのものが用いられている。
【００３８】
［フォトレジスト］
回路形成用フォトレジストとしては、液状レジスト、ドライフィルムレジスト、電着レジスト、サンドブラストレジストなどが知られている。また、層間絶縁膜を形成する方法として感光性の材料が用いられる。
【００３９】
［液状レジスト］
フォトリソグラフィー法は高精細なパターンを膜全体に一括して形成することができる。しかも、フォトリソグラフィー技術自体が世の中で利用されはじめてから３０年以上の年月が経過しており、その間に様々な改良が加えられている。従って、完成された技術の範疇に入り、塗布、乾燥、露光、現像、乾燥等、その製造工程は多少複雑であっても、各用途において高い製品歩留まりを実現している。実装分野で液状レジストが実際に用いられている主な用途は下記の通りである。
【００４０】
（１）ビルドアップ工法の層間絶縁膜材料
（２）メッキ用のマスク材料
（３）エッチング用のマスク材料
（４）半田ブリッジ防止用保護膜（ソルダーレジスト）
（５）スルーホール充填用インク
【００４１】
（１）の用途では、早い時期からフォトリソグラフィー法が用いられている。なかでも、液状レジストはコスト面でドライフィルムレジストに優るため、現状では最も広く使用されている。（２）、（３）の回路形成用マスクに関しても、ドライフィルムレジストが平行して開発されているものの、低コストである点、高解像度にできる点、および汎用性の点から、現状では液状レジストが広く用いられている。（４）のソルダーレジストについては、実装時の半田ブリッジを防止する目的、電極間の絶縁性を確保する目的、および半田付け時の基板表面がフラックス等で汚染されることを防止する目的で早くから用いられている。（５）のスルーホール充填用インクは、液状レジストをマスクに用いる場合にはスルーホール充填が必須である。それぞれの用途に対して、液状レジストは、ロールコーター、スリットダイコーター、ディップコータ−、スピンコーター、およびスクリーン印刷等の塗布装置を用いて基板上に塗布される。
【００４２】
［ドライフィルムレジスト］
ドライフィルムレジストとは、ポリエステルフィルム基材とポリエチレン保護フイルムで挟まれた３層構造からなる感光性フイルムである。使用時に下部の保護フイルムを剥がし、基板上に圧着して用いる。その目的とするところは液体状の感光性レジストと大きくは同じであるが、ドライフィルムレジストの場合は既に膜状に形成されているため、それを１００〜１４０℃に加熱しながら圧着することで必要な部分を覆うことができる。
【００４３】
通常の感光剤と同様、ドライフィルムレジストにはネガ型とポジ型がある。ネガ型では、未露光部が現像時に現像液に溶解し除去される。また、ポジ型は、露光部が現像時に現像液に溶解し除去されるため、目的に合わせて適宜選択して用いる必要がある。ドライフィルムレジストの用途としては主に、下記の３つが挙げられる。
【００４４】
（１）回路形成用マスクレジスト
（２）ソルダーマスク用レジスト
（３）ビルドアップ工法用絶縁膜
【００４５】
（１）の用法としては、回路をパターンメッキするためのメッキ用マスクとしての用法と、 銅箔等の金属箔をエッチングして回路形成するためのエッチング用マスクとしての用法がある。前者は通常、絶縁膜の上に蒸着法等で一様に形成された薄い金属膜上にドライフィルムレジストを圧着する。露光、現像して回路を形成したい部分のドライフィルムレジストを除去する。次に、これをメッキマスクとして無電解メッキまたは電解メッキで回路を形成する。最後に、ドライフィルムレジストを除去して回路が出来上がる。後者の用法では、銅張り基板等の上にドライフィルムレジストを圧着し、続いて、露光、現像して、銅箔をエッチング除去したい部分のドライフィルムレジストを除去する。次に、これをエッチングマスクとして 銅箔をエッチングし、回路を形成する。最後にドライフィルムレジストを除去して回路ができ上がる。
【００４６】
（２）の用法は、プリント配線基板や ＩＣパッケージの最表層に配置させ半田液が必要以上に周囲に広がるのを防止する等の目的で使用される。ソルダレジストの例としては、英国特許出願公開ＧＢ−２０３２９３９Ａ号明細書に、ポリエポキシドとエチレン性不飽和カルポン酸の固形もしくは半固形反応生成物と、不活性無機充填材と、光重合開始剤と、揮発性有機溶剤とを含有する光重合性塗装用組成物が開示され、また特開昭５８−６２６３６号公報には、カーテン塗装法に適するように、硬化剤と混合された感光性エポキシ樹脂の溶液に微粒状充填材が分散された２００〜７００ｍＰａｓの粘度を有する塗装用組成物が開示されている。また、特公平１−５４３９０号公報や特公平７−６７００８号公報にはノボラック型エポキシ樹脂と不飽和カルボン酸の反応物に、飽和または不飽和多塩基酸無水物とを反応せしめて得られる化合物を主成分とし、光硬化性、熱硬化性および耐熱性、耐溶剤性、耐酸性に優れた液状レジストインキ組成物が記載されている。
【００４７】
最後に、（３）の用法であるが、これは最も新しく開拓された用法である。チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）やマルチチップモジュール（ＭＣＭ）の製造方法として注目されているビルドアップ工法では、 銅張り積層板等を土台として、その上に絶縁膜と回路配線を逐次重ねて形成していく。ビアホールをフォトリソグラフィーで形成する場合、絶縁膜には感光性樹脂が用いられるが、初期のビルドアップ工法では ＩＢＭ社のＳＬＣ工法に代表される様に液状のフォトレジストが絶縁膜用材料として用いられていた。それに対して最近では、液状レジストに変わって、たとえば、特開平９−２４４２３９号公報、特開平１１−７４６４２号公報、特開平１１−７４６４３号公報に示される、多層構成の転写材料である感光性絶縁性樹脂が提案されている。ドライフィルムレジストを用いる利点を液状レジストの場合と比較して以下に示す。
【００４８】
（１）塗膜工程が簡略化できる
（２）下層配線の影響による表面凹凸がない
（３）膜厚を均一に形成することができる
【００４９】
まず、（１）について説明する。回路をアディティブ法でメッキ形成する場合のマスクや層間絶縁膜として用いる場合のレジスト膜厚は２５〜５０μｍが必要である。それに対して、液状レジストをスピンコーター等で塗布した場合、一回の塗布で形成できる膜厚はせいぜい５〜１０μｍである。従って、塗布→乾燥の工程を数回繰り返して膜形成を行う必要がある。例え、一回の工程で厚膜を塗布することが可能であっても、ビルドアップ工程中に塗布や乾燥を伴う湿式の工程を含むことは最終製品の歩留まりを下げる大きな要因となる。一方、ドライフィルムレジストでは位置決めして熱圧着すれば良いため、液体レジストに比べて歩留まり低下要因を含まない。
【００５０】
次に、（２）について説明する。液状レジストで絶縁層を形成した場合、レベリング性の良い液であってもその表面は平坦ではなく、下層配線の影響による凹凸が存在する。この凹凸は導体配線形成の精度を低下させるため、研磨等の平坦化技術が不可欠となる。それに対して、シート積層法の場合は、圧着後の表面が液体塗布の場合に比べて平坦にできるため、研磨工程を設ける必要がない。従って、大幅に工程数を削減することができる。また、スルーホールのような空間の上に、テント状に膜を張ることができることが特徴である。
【００５１】
（３）に関しては、液体レジストの場合、スピンコーターやスリットダイコーター等、何れの方法で塗布する場合でも基板面内で完全に均一な膜厚で塗布することはできない。基板の周囲２〜３ｃｍ幅の部分は必ず膜厚ムラが発生する。また、基板中央部にもムラが発生し易い。それに対して、シート積層法では予め均一に形成された膜を張り合わせるのであるから上記の様な膜厚の不均一は発生しない。
【００５２】
こうして、ドライフィルムレジストの液状レジストに対する優位点は、１）スルーホール基板の形成に際して、テント法が使用できること、２）高精細パターンの基板製造に際して使用される、パターンメッキ法においては厚みの確保されたメッキパターンを形成できる点である。ドライフィルムレジストは前記のように種々の用途に用いられているため、その用法によって重要度が多少異なるが、主に、下記の様な特性が要求されている。
【００５３】
（１）高感度、高解像度
（２）耐熱性、耐薬品性
（３）接着強度
（４）膜強度、スルーホール適性
（５）電気絶縁性、耐湿性
【００５４】
感度や基板への密着性、剥離片サイズ、解像度などの課題に対しても、特公平０２−４２２１３号公報、特公平０３−８５３６号公報、特公平５−２２２９号公報、特公平７−７２０８号公報、特公平８−２０７３３号公報、特許２５３３３６９号明細書などに記載のように改善が進んでいる。
【００５５】
現在、ドライフィルムレジストの解像度は、５０〜１００μｍのものが最も多く使用されている。液状レジストの解像度が通常１０μｍ以上であるのに対して、やや低めであるが、最近では高解像度化の要求が進み、最先端では１０μｍオーダーのライン／スペースの製品も出始めている。また凹凸を持った基板上に、より薄膜のレジスト層を転写法で実現するために特開平５−８０５０３号公報に示されるような、多層構成のドライフィルムレジストも提案されている。
【００５６】
［電着レジスト］
レジスト膜の形成方法として印刷やロールコートではなく、電着法で膜形成できるレジストも製品化されている。金属箔が形成されている基板上にレジスト膜を形成する場合、印刷やロールコートによる塗布に比べて、電着法は、表面がどのような凹凸形状を有する場合でも均一な膜厚でレジストを形成することができる。従って、ビアホール内部等にも均一に形成できる利点がある。
【００５７】
［サンドブラストレジスト］
サンドブラスト加工法とは、チャンバー内に設置した試料にノズルから吹き出す研磨剤の微粉末を勢いよく吹き付け削り取る加工法である。サンドブラスト法でパターニングするためには、予め試料の上にレジスト膜を形成し、光でパターニングして、試料の削り取りたい部分以外を覆う必要がある。この状態でチャンバー内に設置しサンドブラスト処理を行うと、試料のレジスト膜で覆われていない部分が削り取られパターニングされる。
【００５８】
［銅基板の表面処理方法］
プリント配線板の製造において、銅表面をエッチングレジストやソルダーレジスト等の樹脂で被覆する際、密着性を向上させるために、銅表面を粗面化することが行なわれている。この粗面化の方法には、バフ研磨、スクラブ研磨等の機械研磨と、マイクロエッチングと呼ばれる化学研磨とがある。スクラブ研磨によって表面のバフ研磨に起因する痕跡を消失させて均一な粗面を形成することができるので、メッキ層の平滑性が向上する。細線パターンを有する基板の処理には化学研磨が利用されている。
【００５９】
化学研磨には、従来過硫酸塩系エッチング液が使用されてきたが、このエッチング液にはエッチングスピードが遅い、研磨後の表面が酸化されやすいという問題があった。そこで、高価ではあるがこれらの問題を解消しうる硫酸・過酸化水素系エッチング液が使用されるようになってきている。またビルドアップ法においては、層間接続を従来のドリル穴開けによるスルーホールの代わりに感光性絶縁性樹脂膜や熱硬化性絶縁性樹脂膜を用いて、それぞれフォトリソグラフィーやレーザーアブレーション法により、微細なバイアホールを形成する。
【００６０】
これらの方法においても、下地の銅配線との密着性を高めるために、銅回路の表面に例えば、アルカリ性過硫酸カリウム水溶液により黒化処理が施される。またその上に樹脂状絶縁層を形成し、バイアホールを形成後、化学的な粗化処理を施す。この時の化学的な粗化処理は樹脂層と無電解メッキ銅、その上に形成される電解メッキ銅との密着力を強くするために行われ、これは樹脂表面に微細な凹凸を形成して、いわゆるアンカー効果により密着力が向上するといわれている。化学的な表面粗化処理法には、従来から配線基板のデスミア処理剤で使用されているアルカリ性過マンガン酸カリウム水溶液やクロム酸カリウム水溶液等が使用される。（特開平１１−３５４９２８号公報）
【００６１】
次に本発明のプリント配線板の製造に利用する露光装置について説明する。
本発明のプリント配線板の製造に利用する露光装置は、紫外を含む所定波長領域の光ビームを出射する高出力レーザ光源を備える露光手段を備えており、高出力レーザ光源としては、上記の窒化ガリウム系半導体レーザ、窒化ガリウム系半導体レーザで固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射する半導体レーザ励起固体レーザ、赤外領域の光を出射する半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザまたはファイバアンプ、及び窒化ガリウム系半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザのいずれかを備えている。
【００６２】
これらのレーザ光源は、従来にない数１０ワット級の高出力レーザ光源であって、連続駆動またはパルス駆動が可能である。従来、紫外を含む所定波長領域の光ビームを出射するレーザ光源は安価に高出力化を図るのが難しく、液晶カラーフィルタ製造用のフォトレジスト等を露光する露光光源としてレーザ光源は用いられていなかった。しかしながら、上記の高出力レーザ光源を使用することにより、安価で高速且つ高精細な露光装置を提供することができる。
【００６３】
上記の通り紫外を含む所定波長領域の光ビームを出射する高出力レーザ光源を備える露光手段により、前記所定波長領域に感度を有する感光材料が、高出力レーザ光源から出射され且つ画像データに応じて変調された光ビームで所定走査方向に走査されて露光されると共に、この露光手段が移動手段によって感光材料に対して前記所定走査方向と交差する方向に相対移動されるので、感光材料の略全面をデジタルデータに基づいて直接走査露光することができる。これによりマスクが不要となると共に、高感度材料等の特殊で高価な被露光材料を使用することなく、安価で生産性が高く、高速且つ高精細な露光装置が提供される。
【００６４】
上記の露光装置において、高出力レーザ光源から出射される紫外を含む所定波長領域のパルス駆動された光ビームで露光することにより、照射した光による熱の拡散が防止され、更に高速且つ高精細な露光が可能となる。したがって、パルス駆動されたレーザ光のパルス幅は短い方がよく、好ましくは、１ｐ秒〜１００ｎ秒、より好ましくは、１ｐ秒〜３００ｐ秒が適している。以上に述べたレーザ光源は従来にない高出力化ができるだけでなく、ピコ秒オーダーの短パルス発振も可能であり、高速且つ高精細な露光が可能となる。紫外を含む所定波長域としては、３５０ｎｍ〜４２０ｎｍが好ましく、低コストな窒化ガリウム系半導体レーザを用いるという点では、最も高出力化が期待できる４０５ｎｍの波長がより好ましい。
【００６５】
上記の露光装置において露光手段を複数設け、該複数の露光手段の各々を感光材料に対し各々独立または一体に移動可能にしてもよい。複数の露光手段により露光することで、更に高速での露光が可能となる。
【００６６】
また、露光手段は、静電気力を利用した電気機械動作により駆動されて光ビームを変調する空間変調素子を備えていることが好ましい。例えば、空間変調素子を、複数の可動マイクロミラーを配列したデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ、テキサス・インスツルメント社製）や、反射回折格子型のグレーティング・ライト・バルブ素子（ＧＬＶ素子、シリコン・ライトマシーン社製）で構成することができる。なお、ＧＬＶ素子の詳細については米国特許第５３１１３６０号明細書に記載されている。反射回折格子型の空間変調素子は、従来の透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等の透過型の空間変調素子に比べて、紫外を含む所定波長領域の高出力光ビームに対する耐久性が高く、従来にない数１０ワット級の高出力レーザ光源を連続駆動またはパルス駆動させて使用する場合にも、安定して使用することができる。このため、高出力レーザ光源を用いて露光を行う場合にも露光装置の信頼性が向上する。なお、高出力レーザ光源をパルス駆動させて使用することにより、露光装置の信頼性がより一層向上する。
【００６７】
空間変調素子は、第１の反射面が形成された微小固定素子と、第２の反射面が形成された微小可動素子と、が基板面上に所定方向に沿って交互に多数個配列され、第１の反射面を構成する微小可動素子に電圧を印加し、静電力が作用することで微小可動素子が移動して第１の反射面と第２の反射面との距離が変化し、入射光を回折させる反射回折格子型のグレーティング・ライト・バルブ素子で構成することが特に好ましい。第１の反射面及び第２の反射面は、静電力が作用していないときに、同一平面上に位置していても異なる平面上に位置していてもよいが、静電力が作用したときに第１の反射面と第２の反射面との距離が変化して新たな回折格子が形成され、入射光を所定方向に回折させる。そして、微小固定素子と微小可動素子との対を複数個１画素に対応させて、この複数個の素子対に対して画像データに応じて静電力を作用させるかまたは静電力が作用しないようにすることにより、感光材料をライン状に露光することができる。グレーティング・ライト・バルブ素子を構成する可撓薄膜の材質、形状を最適化することにより、低い駆動電圧（数Ｖ〜数十Ｖ）で、動作速度が数十〔ｎ秒〕程度まで得られ、耐久性が向上すると共に高速露光も可能になる。
【００６８】
グレーティング・ライト・バルブ素子を用いる場合には、空間変調素子を、複数のグレーティング・ライト・バルブ素子を、前記の所定走査方向に略直交する方向に１列または複数列に分けて配列した光変調アレイ素子として構成してもよい。複数列に分けて配列する場合としては、例えば千鳥状に配列する場合が挙げられる。この場合、グレーティング・ライト・バルブ素子の格子板長手方向が、光変調素子アレイの配列方向に一致していることが好ましい。
【００６９】
また、空間変調素子は、素子表面の法線を軸として、光軸に対し所定角度回転した向きで配置されていてもよい。
【００７０】
高出力レーザ光源としては、以下に示すレーザ光源を用いることができる。これらのレーザ光源は、連続駆動またはパルス駆動されて、紫外を含む所定波長領域（３５０ｎｍ〜４２０ｎｍ、好ましくは４０５ｎｍ）のレーザ光を出射する。
【００７１】
（１）窒化ガリウム系半導体レーザ。例えば、ブロードエリア発光領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ、１０ｍｍ長バー型構造半導体レーザ、複数の発光点を有する窒化ガリウム系半導体レーザチップによる半導体レーザでもよい。また、複数の発光点を有する窒化ガリウム系半導体レーザチップを複数実装することにより構成される特願２００１−２７３８４９号明細書に開示されているアレイ型半導体レーザであれば、より高出力を得ることができる。
【００７２】
（２）窒化ガリウム系半導体レーザで固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射する半導体レーザ励起固体レーザ。例えば、希土類元素イオンとして少なくともＰｒ３＋が添加された固体レーザ結晶、該固体レーザ結晶を励起するレーザビームを出射する窒化ガリウム系半導体レーザ、及び前記固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを紫外を含む所定波長領域の光に波長変換する光波長変換素子を備えた半導体レーザ励起固体レーザである。
【００７３】
Ｐｒ３＋が添加された固体レーザ結晶は、ＧａＮ系半導体レーザにより励起されて、７００〜８００ｎｍの波長帯で効率良く発振する。つまり、例えば３Ｐ０→３Ｆ４の遷移によって、Ｐｒ３＋の発振ラインである波長７２０ｎｍの赤外域の固体レーザビームを効率良く発振させるので、この固体レーザビームを光波長変換素子により第２高調波に波長変換すれば、波長３６０ｎｍの高強度の紫外光を得ることができる。また、第３高調波を発生させる場合のように構成が複雑化することがなく、低コストの半導体レーザ励起固体レーザが実現される。
【００７４】
（３）窒化ガリウム系半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザ。例えば、Ｅｒ３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｎ３＋、Ｓｍ３＋、及びＮｄ３＋のうちの少なくとも１つとＰｒ３＋とが共ドープされたコアを持つファイバ、該ファイバを励起するレーザビームを出射する窒化ガリウム系半導体レーザ、及び前記ファイバを励起して得られたレーザビームを紫外を含む所定波長領域の光に波長変換する光波長変換素子を備えたファイバレーザである。
【００７５】
Ｅｒ３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｎ３＋、Ｓｍ３＋、及びＮｄ３＋は、波長３８０〜４３０ｎｍに吸収帯があり、ＧａＮ系半導体レーザによって励起され得る。そして、励起された電子をＰｒ３＋の励起準位（例えば３Ｐ０→３Ｐ１）にエネルギー移動し、下準位に落とすことにより、Ｐｒ３＋の発振ラインである青、緑、赤色領域の発振が可能となる。波長３８０〜４３０ｎｍはＧａＮ系半導体レーザが比較的発振しやすい波長帯であり、特に波長４００〜４１０ｎｍは、現在提供されているＧａＮ系半導体レーザの最大出力が得られる波長帯であるので、Ｅｒ３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｎ３＋、Ｓｍ３＋、及びＮｄ３＋をＧａＮ系半導体レーザによって励起すれば、励起光の吸収量が大きくなり、高効率化および高出力化が達成される。また、光学部品が少なくて簡潔な構成となり、損失が低減され、温度安定領域も広くなる。
【００７６】
なお、励起光源であるＧａＮ系半導体レーザとしては、単一縦、横モード型のものを使用できることは勿論、その他ブロードエリア型、フェーズドアレー型、ＭＯＰＡ型、あるいはＧａＮ系半導体レーザを合波し、ファイバへ結合したファイバ型の高出力タイプのものを１個または複数個使用することもできる。また、ファイバレーザを励起光源とすることもできる。このように高出力な励起光源を用いることにより、更なる高出力、例えばＷ（ワット）クラスの高出力を得ることも可能である。また、（２）、（３）で述べた発光スペクトルの広いＰｒ３＋を用いたレーザは、モードロックにより容易にｐｓｅｃパルス駆動ができ、高繰り返し動作も可能になる。さらに、ｐ秒発振のため、高効率波長変換ができる。
【００７７】
（４）赤外領域の光を出射する半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザまたはファイバアンプ。例えば、Ｎｄ３＋ドープ、Ｙｂ３＋ドープ、またはＥｒ３＋とＹｂ３＋とが共ドープされたコアを持つファイバ、該ファイバを励起する赤外領域のレーザビームを出射する半導体レーザ、及び前記ファイバを励起して得られたレーザビームを紫外を含む所定波長領域の光に波長変換する光波長変換素子を備えたファイバレーザまたはファイバアンプである。光波長変換素子としては、ＴＨＧ（第３高調波発生）素子、ＦＨＧ（第４高調波発生）素子を用いることができる。
【００７８】
（５）窒化ガリウム系半導体レーザをファイバへ合波したレーザ。例えば、特願２００１−２７３８７０号明細書及び特願２００１−２７３８７１号明細書に開示されているように、複数の窒化ガリウム系半導体レーザを合波光学系で合波結合することにより、ファイバから高出力を得ることができる。複数のビームを出射する半導体レーザチップによる半導体レーザを集光光学系によりファイバに合波したレーザでもよい。また、ブロードエリア発光領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザビームをファイバに合波してもよい。これらのファイバをアレイ状に配置して線状光源とすること、またはバンドル状に配置して面状光源とすることにより、さらにを高出力を得ることができる。
【００７９】
また、高出力レーザ光源を、複数のレーザ光源、及び該複数のレーザ光源から出射されたレーサ光を合波する合波光学系を含んで構成してもよい。合波光学系を用いて複数のレーザ光源から出射されたレーサビームを合波することにより、光源の高出力化を図ることができる。複数のレーザ光源及び合波光学系を含んで高出力レーザ光源を構成する場合には、レーザ光源として、上記（１）〜（５）のレーザ光源を用いることができる。
【００８０】
特に、窒化ガリウム系半導体レーザは、半導体レーザであるため、低コストなシステムを構成することが可能である。また、窒化ガリウム系半導体レーザは、転移の移動度が非常に小さく、熱伝導係数が非常に大きいため、赤外波長領域の光源に比べ非常に高いＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）値を有している。さらに、半導体レーザであるため、短周期で高いピークパワーを有するパルスによる繰り返し動作が可能であり、これにより、照射した光による熱の拡散が防止され、高速かつ高精細な露光を行うことができる。したがって、窒化ガリウム系半導体レーザを光源に使用することで、安価かつ高速・高精細な露光装置を提供することができる。
【００８１】
感光材料としては、液晶カラーフィルタ形成用感光材料、プリント配線基板製造用のフォトレジスト、プラズマ・ディスプレイ用の電極、隔壁、及び蛍光体、印刷用刷版、有機ＥＬの隔壁、及び光回路基板を挙げることができる。これら感光材料は、縦型の平板ステージに保持することができ、感光材料を縦型の平板ステージに保持した状態で高精度な露光が図られる。また、感光材料として、感光性シリンダーまたは感光性材料を塗布したシリンダーを用いたエクスターナル・ドラム方式としてもよい。
【００８２】
以下、図面を参照して、本発明で用いる露光装置の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）露光装置を液晶カラーフィルタ製造工程におけるフォトレジストの露光に適用した実施の形態について説明する。この露光装置は、図１に示すように、露光対象物１０を側面に吸着して保持する縦型のフラットステージ１２と、画像データ３８に応じて変調されたレーザ光４０で露光対象物１０を走査露光する露光ヘッド１４とを備えている。フラットステージ１２は、図示しないガイドによって、Ｘ軸方向に移動可能に支持されており、露光ヘッド１４は、図示しないガイドによって、Ｙ軸方向に移動可能に支持されている。
【００８３】
フラットステージ１２の裏面角部には１対のナット１６が固定されており、ナット１６の雌ねじ部１８にはリードスクリュー２０が螺合されている。リードスクリュー２０の一方の端部にはリードスクリュー２０を回転させる駆動モータ２２が取り付けられており、駆動モータ２２はモータコントローラ３２に接続されている。そして、この駆動モータ２２によるリードスクリュー２０の回転に伴い、フラットステージ１２がＸ軸方向にステップ状に移動される。
【００８４】
露光ヘッド１４の下部には１対のナット２４が固定されており、ナット２４の雌ねじ部２６にはリードスクリュー２８が螺合されている。リードスクリュー２８の一方の端部にはリードスクリュー２８を回転させる駆動モータ３０がベルトを介して連結されており、駆動モータ３０はモータコントローラ３２に接続されている。そして、この駆動モータ３０によるリードスクリュー２８の回転に伴い、露光ヘッド１４がＹ軸方向に往復移動される。
【００８５】
フラットステージ１２の露光面側の表面１２Ａには、ステージ表面の温度を検出する温度センサ３４が取り付けられている。温度センサ３４は温度検出回路３６を介してモータコントローラ３２に接続されており、モータコントローラ３２は温度検出回路３６の検出温度に基づいて、駆動モータ２２及び駆動モータ３０の回転を制御する。
【００８６】
露光対象物１０は、図２（Ａ）に示すように、ブラックマトリックス２が形成されたガラス基板４上に、例えばＲ色の顔料を紫外線硬化樹脂に分散させたカラーレジスト膜６を形成したものである。この露光対象物１０にレーザ光４０を照射すると、図２（Ｂ）に示すように、カラーレジスト膜６のレーザ光４０が照射された部分だけが硬化してＲ色のカラーフィルタ部８が形成される。
【００８７】
露光ヘッド１４は、図３に示すように、高出力なレーザ光源４２、レーザ光源４２から入射されたレーザ光をＸ軸方向に沿った細いライン状の光線束に収束させるレンズ４３、４４、入射されたレーザ光を画像データ３８に応じて各画素毎に変調する光変調アレイ素子４６、及び光変調アレイ素子４６で変調されたレーザ光を露光対象物１０の表面に倍率を変えて結像させるズームレンズ４７、４８で構成された露光ユニットを備えている。この露光ユニットを構成する各部材はケーシング５８内に収納されており、ズームレンズ４８から出射されたレーザ光４０は、ケーシング５８に設けられた図示しない開口を通過して露光対象物１０の表面に照射される。
【００８８】
レーザ光源４２は、半導体レーザを含むレーザ部４９と、該レーザ部４９の半導体レーザの各々に光結合されたマルチモード・ファイバ４１と、から構成されている。長尺状に構成されている光変調アレイ素子４６に光変調アレイ素子４６の長さ方向に延びた線状のレーザ光を出射するように、多数本（例えば、５本）マルチモード・ファイバ４１が光変調アレイ素子４６の長さ方向に沿ってアレイ状に配列されている。マルチモード・ファイバ４１の各々は、直線状の溝がビーム出射方向に平行に多数本形成されたファイバ・ホルダー４５の各溝に保持されている。なお、レーザ光源４２の詳細な構成については後述する。
【００８９】
ズームレンズ４８の外周縁部にはナット５０が固定されており、ナット５０の雌ねじ部５２にはリードスクリュー５４が螺合されている。リードスクリュー５４の一方の端部にはリードスクリュー５４を回転させる駆動モータ５６が取り付けられており、駆動モータ５６はモータコントローラ３２に接続されている。そして、この駆動モータ５６によるリードスクリュー５４の回転に伴い、ズームレンズ４８が光軸に沿って移動され露光倍率の調整が行われる。なお、通常、ズームレンズは組合せレンズで構成されるが、図示を簡単にするため一枚のレンズのみ示した。
【００９０】
レーザ光源４２、レンズ４３、４４、光変調アレイ素子４６、及びズームレンズ４７、４８は、図示しない固定部材によってケーシング５８に固定されており、ズームレンズ４８は、図示しないガイドによって光軸方向に移動可能に支持されている。レーザ光源４２及び光変調アレイ素子４６の各々は、図示しないドライバを介してこれを制御する図示しないコントローラに各々接続されている。
【００９１】
レーザ光源４２としては、例えば、特願２００１−２７３８７０号に記載されている、窒化ガリウム系半導体レーザをファイバに合波結合して構成されるレーザ光源を用いることができる。このレーザ光源４２は、図４（Ａ）に示すように、例えば８個のマルチモード窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７およびＬＤ８と、合波光学系２３４とから構成されている。ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ８の発振波長は、発振可能な３９０〜４１０ｎｍの範囲内で、高出力発振可能な波長が選択され、例えば、３９５ｎｍ、３９６ｎｍ、３９７ｎｍ、３９８ｎｍ、３９９ｎｍ、４００ｎｍ、４０１ｎｍ、４０２ｎｍと１ｎｍずつ異なる波長とされている。なお、このときの各レーザの出力は全て共通の１００ｍＷである。
【００９２】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ８の各々に対応して、各々から出射する発散光状態のレーザビームＢ１〜Ｂ８を平行光化するコリメートレンズＣ１〜Ｃ８が設けられている。
【００９３】
合波光学系２３４は、平行平板プリズム２３６と、その一方の表面２３６ａに貼着された狭帯域バントパスフィルタＦ３、Ｆ５およびＦ７と、平行平板プリズム２３６の他方の表面２３６ｂに貼着された狭帯域バンドパスフィルタＦ２、Ｆ４、Ｆ６およびＦ８とから構成されている。これらの狭帯域バントパスフィルタＦ２〜Ｆ８は各々、平行平板プリズム２３６の表面２３６ａと粘着された粘着面から入射される光を例えば反射率９８％で反射し、且つ粘着面と反対側から入射される所定波長域の光を例えば透過率９０％で透過するように形成されている。図５に、これらの狭帯域バントパスフィルタＦ２〜Ｆ８の透過スペクトルを、後述する狭帯域バントパスフィルタＦ１の透過スペクトルと併せて示す。
【００９４】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ８の各々は、各々から出射したレーザビームＢ１〜Ｂ８が狭帯域バントパスフィルタＦ２〜Ｆ８に対して５°の入射角で入射するように配設されており、各ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ８から出射した波長３９５ｎｍ、３９６ｎｍ、３９７ｎｍ、３９８ｎｍ、３９９ｎｍ、４００ｎｍ、４０１ｎｍ、４０２ｎｍのレーザビームＢ１〜Ｂ８は、平行平板プリズム２３６に入射した後、狭帯域バントパスフィルタＦ２〜Ｆ８で反射されながら１本に合波され、波長多重された高出力（例えば、約０．５Ｗ）のレーザビームＢが平行平板プリズム２３６から出射し、レンズ２３３によって集光され、コア径約１０μｍ、ＮＡ＝０．３のマルチモードファイバ４１に結合される。このマルチモードファイバ４１を、図４（Ｂ）に示すように、出射端面がアレイ状になるように配列することで、例えば１００本アレイ化することで５０Ｗの線状ビームを得ることができる。なお、図１に示すように、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ８、平行平板プリズム２３６、及びレンズ２３３を含むレーザ部４９は、露光ヘッド１４のケーシング５８内部に配置されている。
【００９５】
次に、図６及び図７を参照して、光変調アレイ素子４６として用いるＧＬＶ素子の構成及び動作原理を説明する。ＧＬＶ素子２０１は、例えば米国特許第５，３１１，３６０号に開示されているように、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｃｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であり、図６に示すように、グレーティングを一方向に複数配列して構成されている。
【００９６】
図６に示すように、ＧＬＶ素子２０１のシリコン等からなる基板２０３上には、可動格子となるリボン状のマイクロブリッジ２０９が多数個（例えば、６４８０個）設けられている。複数のマイクロブリッジ２０９が平行に配列されることで複数のスリット２１１が形成されている。マイクロブリッジ２０９は、基板２０３から所定間隔離間されている。
【００９７】
マイクロブリッジ２０９は、図７に示すように、基板２０３に対向する下面側がＳｉＮｘ等からなる可撓性梁２０９ａで構成され、表面側がアルミニウム（又は、金、銀、銅等）の単層金属膜からなる反射電極膜２０９ｂで構成されている。なお、反射電極膜２０９ｂを金、銀、銅等により形成することで、使用する光の波長に応じて反射率をより向上させることができる。上記基板２０３、マイクロブリッジ２０９、及び図示しないコントローラは可動格子駆動手段に相当する。
【００９８】
このＧＬＶ素子２０１は、マイクロブリッジ２０９と基板２０３との間に印加される電圧のオン／オフで駆動制御される。マイクロブリッジ２０９と基板２０３との間に印加する電圧をオンにすると、静電誘導された電荷によってマイクロブリッジ２０９と基板２０３との間に静電吸引力が発生し、マイクロブリッジ２０９が基板２０３側に撓む。そして、印加電圧をオフにすると、撓みが解消し、マイクロブリッジ２０９は弾性復帰により基板２０３から離間する。通常、１画素は複数（例えば、６個）のマイクロブリッジ２０９で構成され、電圧を印加するマイクロブリッジ２０９を交互に配置することで、電圧の印加により回折格子を生成し、光の変調を行なうものである。
【００９９】
マイクロブリッジ２０９に電圧を印加しない場合には、マイクロブリッジ２０９の反射面の高さが総て揃い、反射光には光路差が生じず正反射される。一方、１つおきのマイクロブリッジ２０９に電圧を印加した場合には、前述した原理によりマイクロブリッジ２０９の中央部が撓み、交互に段差のある反射面となる。この反射面にレーザ光を入射すると、撓みのないマイクロブリッジ２０９で反射された光には光路差が生じ、光の回折現象が発生する。一次回折光の強度Ｉ１ｓｔは光路差に依存し、下記の式で表すことができる。この場合、光路差としてλ／２となる場合に最も回折光の強度が高くなる。
【０１００】
【数１】
本実施の形態におけるＧＬＶ素子２０１は、上述したコントローラ（図示せず）によって制御されるドライバ（図示せず）を介して、入力された画像データ３８に対応してオン／オフ制御される。即ち、ＧＬＶ素子２０１の非駆動時に入射した光は、入射角と同じ反射角で反射され０次反射光となる。この０次反射光は、例えばスリット板を用いて、ズームレンズ４８の入射光路から外される。一方、ＧＬＶ素子２０１の駆動時に入射した光は所定の回折角で反射され、回折光の一次反射光がズームレンズ４８に入射されることになる。即ち、上記一次反射光がズームレンズ４８に入射されるように、ＧＬＶ素子２０１は予めレンズ４４の光軸に対し所定角度（例えば４５°）傾斜して配置されている。尚、ＧＬＶ素子２０１はシリコン基板上に形成されているため、制御部等の回路を同一基板上に形成することも可能であり、同一基板上に形成することにより更なる小型軽量化を図ることができる。ここで、上記各電極及びコントローラ、ドライバが可動格子移動手段に相当する。
【０１０２】
次に、本実施の形態の露光装置の動作を説明する。露光対象物１０にレーザ光４０を照射して露光するために、画像データ３８が、光変調アレイ素子４６のコントローラ（図示せず）に入力され、コントローラ内のフレームメモリに一旦記億される。この画像データ３８は、画像を構成する各画素の濃度を２値（即ちドットの記録の有無）で表したデータである。
【０１０３】
露光ヘッド１４のレーザ光源４２から出射され光変調アレイ素子４６の長さ方向に延びた線状ビームは、レンズ４３、４４を介して長尺状の光変調アレイ素子４６にライン状に照射され、光変調アレイ素子４６によって同時に変調される。モータコントローラ３２が駆動モータ５６を温度センサ３４の出力に応じて一定速度で回転させると、リードスクリュー５４も一定速度で回転し、リードスクリュー５４の回転に伴い、ズームレンズ４８が光軸に沿って移動される。これによりズームレンズ４８のＸ軸方向の露光倍率が調整され、変調されたレーザ光がズームレンズ４７、４８により露光対象物１０の表面にＸ軸方向にライン状に結像される。なお、Ｙ軸方向の露光倍率の調整はリードスクリュー２８の送り量によって制御される。温度センサ３４の出力に基づいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の露光倍率を調整することにより、温度が変化しても常に同じ大きさの画像を露光対象物１０上に記録することができる。
【０１０４】
露光開始時には、露光ヘッド１４が露光開始位置（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の原点）に移動される。モータコントローラ３２が駆動モータ３０を一定速度で回転させると、リードスクリュー２８も一定速度で回転し、リードスクリュー２８の回転に伴い、露光ヘッド１４がＹ軸方向に一定速度で移動される。
【０１０５】
露光ヘッド１４のＹ軸方向への移動と共に、フレームメモリに記憶されている画像データ３８が、１ライン分、光変調アレイ素子４６のＧＬＶ素子２０１の数と略同数の画素単位で順に読み出され、読み出された画像データ３８に応じて光変調アレイ素子４６のＧＬＶ素子２０１の各々がオンオフ制御される。これにより露光ヘッド１４から出射されるレーザ光４０がオンオフされて、露光対象物１０が、Ｘ軸方向にＧＬＶ素子２０１の数と略同数の画素単位で露光されると共に、Ｙ軸方向に１ライン分走査露光される（主走査）。
【０１０６】
露光ヘッド１４が露光対象物１０の端部に達すると、露光ヘッド１４はＹ軸方向の原点に復帰する。そして、モータコントローラ３２が駆動モータ２２を一定速度で回転させると、リードスクリュー２０も一定速度で回転し、リードスクリュー２０の回転に伴い、フラットステージ１２がＸ軸方向に１ステップ移動される（副走査）。以上の主走査及び副走査を繰り返し、露光対象物１０が画像様に露光される。なお、上記では露光ヘッド１４を原点に復帰させて往路でのみ露光する例について説明したが、復路においても露光するようにしてもよい。これにより更に露光時間を短縮できる。
【０１０７】
以上の通り、本実施の形態の露光装置では、高出力のレーザ光源を用いているので、紫外を含む所定波長領域に感度を有する露光対象物を、デジタルデータに基づいて直接走査露光することができる。これにより、プロキシミティ方式の露光装置等のマスク露光による露光装置と比べると、（１）マスクが不要でコストが削減できると共に製造時間を短縮することができる。これにより生産性が向上する他、少量多品種の生産にも好適である、（２）デジタルデータに基づいて直接走査露光するので適宜データを補正することができ、高精度な保持機構、アライメント機構、及び温度安定化機構が不要になり、装置のコストダウンを図ることができると共に、高速化及び高精細化が図られる、（３）レーザ光源は超高圧水銀ランプに比べ安価で耐久性に優れており、ランニングコストを低減することができる、（４）レーザ光源は駆動電圧が低く消費電力を低減できる、という利点がある。更に、（５）紫外領域に感度を有する材料だけでなくヒートモード材料への記録も可能となる、（６）特に、ＧａＮ系半導体レーザを用いた場合には、短パルス露光により材料が熱の影響を受ける前に所定の反応を終了させることができ、より高精細な描画（いわゆるキレのよい画像描画）が可能となる、という利点がある。
【０１０８】
また、反射回折格子型の空間変調素子を用いているため、従来の透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）を用いる構成に比べて、入射光の吸収性を格段に少なくすることができ、レーザ光に対する耐久性を高めることができる。特に、レーザ光源をパルス駆動した場合には、その効果は顕著である。この結果、高出力レーザを光源に用い露光を行う場合であっても、露光装置の信頼性を大幅に向上させることができる。また、ＰＬＺＴ等の偏光素子を利用する光シャッタでは、レーザ光の偏光度及び偏光素子の位置精度が重要であり、レーザ素子の選択及び光学設計に制限が課されるが、反射回折型では偏光性に基本的な制約がなく、設計自由度が向上する。また、ＧＬＶ素子は、回折格子光バルブとも呼ばれ、静電気力を利用した電気機械動作により駆動されるため、可撓薄膜の材質、形状を最適化することにより、低い駆動電圧（数Ｖ〜数十Ｖ）で、動作速度が数十〔ｎ秒〕程度まで得られ、上述の耐久性が向上するという効果に加え、高速露光も可能になる。
【０１０９】
なお、本実施の形態において説明した反射回折型の光変調素子（ＧＬＶ素子）の構造と原理は一例として挙げたものであり、回折効果を利用して所定方向への反射光をオンオフ制御するものであれば、いずれの構造でもよい。
【０１１０】
（第２の実施の形態）本実施の形態に係る露光装置は、図８に示すように、複数のレーザ光源を備えた露光ヘッドを備えており、複数のレーザ光を照射して露光対象物を露光する以外は、第１の実施の形態に係る露光装置と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１１１】
この露光装置では、露光ヘッド１４には、レーザ光源４２Ａ、レンズ４３Ａ、４４Ａ、光変調アレイ素子４６Ａ、ズームレンズ４７Ａ、４８Ａ、及びレーザ部４９Ａで構成された露光ユニットＡと、レーザ光源４２Ｂ、レンズ４３Ｂ、４４Ｂ、光変調アレイ素子４６Ｂ、ズームレンズ４７Ｂ、４８Ｂ、及びレーザ部４９Ｂで構成された露光ユニットＢと、レーザ光源４２Ｃ、レンズ４３Ｃ、４４Ｃ、光変調アレイ素子４６Ｃ、ズームレンズ４７Ｃ、４８Ｃ、及びレーザ部４９Ｃで構成された露光ユニットＣと、が搭載されている。
【０１１２】
３つの露光ユニットは一つのケーシング５８内に収納されており、露光ユニットＡは露光ユニットＢの上方に配置されると共に、３つの露光ユニットが千鳥配置となるように、露光ユニットＣが露光ユニットＡ及びＢの後方であって露光ユニットＡ及びＢの中間の高さに配置されている。このように各露光ユニットを千鳥状に配置することで、光学系のワーク・ディスタンスを確保することができる。
【０１１３】
ズームレンズ４８Ａから出射されたレーザ光４０Ａ、ズームレンズ４８Ｂから出射されたレーザ光４０Ｂ、及びズームレンズ４８Ｃから出射されたレーザ光４０Ｃは、ケーシング５８に各々に対応して設けられた図示しない開口を通過して露光対象物１０の表面に照射される。
【０１１４】
露光ユニットＡにおいては、ズームレンズ４８Ａの外周縁部にはナット５０Ａが固定されており、ナット５０Ａの雌ねじ部５２Ａにはリードスクリュー５４Ａが螺合されている。リードスクリュー５４Ａの一方の端部にはリードスクリュー５４Ａを回転させる駆動モータ５６Ａが取り付けられており、駆動モータ５６Ａはモータコントローラ３２に接続されている。そして、この駆動モータ５６Ａによるリードスクリュー５４Ａの回転に伴い、ズームレンズ４８Ａが光軸に沿って移動され露光倍率の調整が行われる。
【０１１５】
なお、露光ユニットＢ及び露光ユニットＣは露光ユニットＡと同様の構成であり、ズームレンズ４８Ｂ及びズームレンズ４８Ｃは、露光ユニットＡのズームレンズ４８Ａと同様に動作する。
【０１１６】
三つの露光ユニットを構成する各部材は、図示しない固定部材によってケーシング５８に固定されており、ズームレンズ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃは、図示しないガイドによって各々光軸方向に移動可能に支持されている。また、レーザ光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ及び光変調アレイ素子４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃは、各々図示しないドライバを介して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。
【０１１７】
次に、本実施の形態の露光装置の動作を説明する。露光対象物１０にレーザ光４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを照射して露光するために、画像データ（図示せず）が、光変調アレイ素子４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃのコントローラ（図示せず）に各々入力され、コントローラ内のフレームメモリに一旦記億される。
【０１１８】
露光ヘッド１４のレーザ光源４２Ａから出射され光変調アレイ素子４６Ａの長さ方向に延びた線状ビームは、レンズ４３Ａ、４４Ａを介して長尺状の光変調アレイ素子４６Ａにライン状に照射され、光変調アレイ素子４６Ａによって同時に変調される。モータコントローラ３２が駆動モータ５６Ａを温度センサ３４の出力に応じて一定速度で回転させると、リードスクリュー５４Ａも一定速度で回転し、リードスクリュー５４Ａの回転に伴い、ズームレンズ４８Ａが光軸に沿って移動される。これによりズームレンズ４８ＡのＸ軸方向の露光倍率が調整され、変調されたレーザ光がズームレンズ４７Ａ、４８Ａにより露光対象物１０の表面にＸ軸方向にライン状に結像される。なお、Ｙ軸方向の露光倍率の調整は、リードスクリュー２８の送り量によって制御される。
【０１１９】
同様にして、露光ヘッド１４のレーザ光源４２Ｂから出射されたレーザ光は、光変調アレイ素子４６Ｂによって変調され、ズームレンズ４８ＢのＸ軸方向及びＹ軸方向の露光倍率が調整され、変調されたレーザ光がズームレンズ４７Ｂ、４８Ｂにより露光対象物１０の表面に結像される。また、同様にして、レーザ光源４２Ｃから出射されたレーザ光は、光変調アレイ素子４６Ｃによって変調され、ズームレンズ４８ＣのＸ軸方向及びＹ軸方向の露光倍率が調整され、変調されたレーザ光がズームレンズ４７Ｃ、４８Ｃにより露光対象物１０の表面に結像される。
【０１２０】
露光開始時には、露光ヘッド１４が露光開始位置（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の原点）に移動される。モータコントローラ３２が駆動モータ３０を一定速度で回転させると、リードスクリュー２８も一定速度で回転し、リードスクリュー２８の回転に伴い、露光ヘッド１４がＹ軸方向に一定速度で移動される。
【０１２１】
露光ヘッド１４のＹ軸方向への移動と共に、フレームメモリに記憶されている画像データが、各露光ユニット毎に１ライン分、光変調アレイ素子４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ各々のＧＬＶ素子２０１の数と略同数の画素単位で順に読み出され、読み出された画像データに応じて、光変調アレイ素子４６Ａ、４６Ｂ、４６ＣのＧＬＶ素子２０１がオンオフ制御される。これにより露光ヘッド１４から出射されるレーザ光４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが各々オンオフされて、レーザ光４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの各々により、露光対象物１０が、Ｘ軸方向にＧＬＶ素子２０１の数と略同数の画素単位で露光されると共にＹ軸方向に１ライン分走査露光される。即ち、露光対象物１０が、Ｙ軸方向に３ライン分同時に走査露光される（主走査）。
【０１２２】
露光ヘッド１４が露光対象物１０の端部に達すると、露光ヘッド１４はＹ軸方向の原点に復帰する。そして、モータコントローラ３２が駆動モータ２２を一定速度で回転させると、リードスクリュー２０も一定速度で回転し、リードスクリュー２０の回転に伴い、フラットステージ１２がＸ軸方向に２ステップ移動される（副走査）。以上の主走査及び副走査を繰り返し、露光対象物１０が画像様に露光される。なお、露光時間短縮のため、往路だけでなく復路においても露光するようにしてもよい。
【０１２３】
以上の通り、本実施の形態に係る露光装置では、第１の実施の形態と同様に、高出力のレーザ光源を用いているので、紫外を含む所定波長領域に感度を有する露光対象物を、デジタルデータに基づいて直接走査露光することができ、プロキシミティ方式の露光装置等のマスク露光を行う露光装置と比べて上記（１）〜（６）の利点がある。
【０１２４】
また、複数のレーザ光源を備えた露光ヘッドで、複数のレーザ光を同時に照射して露光対象物を露光することができるので、第１の実施の形態と比べ更に高速での露光が可能となる。例えば、本実施の形態のように３つの露光ユニットが露光ヘッドに搭載されている場合には、一つの露光ユニットを使用する場合の約３倍の速度で露光を行うことができる。また、一部の露光ユニットが故障しても、他の露光ユニットを使用して露光を続行することができ、使用安定性に優れている。
【０１２５】
なお、上記の第２の実施の形態では、露光ユニットを３つ設ける例について説明したが、露光ユニットの数は、露光対象物のサイズ、要求される露光速度、露光精度等に応じて適宜決定される。また、上記では、複数の露光ユニットを一体に移動させる例について説明したが、露光ユニット毎に露光ヘッドを設けて、複数の露光ユニットを独立に移動させることもできる。
【０１２６】
（第３の実施の形態）上記の実施の形態では、本発明の露光装置を液晶カラーフィルタ製造工程におけるフォトレジストの露光に適用し、縦型のフラットステージの側面に保持された露光対象物を露光する例について説明したが、本実施の形態に係る露光装置では、図９に示すように、露光対象物１０を回転ドラムに保持して露光する。従って、露光対象物１０としては、可とう性を備えたものが使用される。なお、第１の実施の形態に係る露光装置と同じ構成部分には、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１２７】
この露光装置は、図９に示すように、矢印Ｘ方向に回転可能に軸支されると共に露光対象物１０を外周面に吸着して保持する回転ドラム７５と、画像データ３８に応じて変調されたレーザ光４０で露光対象物１０を走査露光する露光ヘッド１４と、を備えている。露光ヘッド１４は、図示しないガイドによって、矢印Ｙ方向に移動可能に支持されている。
【０１２８】
回転ドラム７５の支持軸の一方の端部には、回転ドラム７５を回転させる駆動モータ７６がベルトを介して連結されており、駆動モータ７６はモータコントローラ３２に接続されている。そして、この駆動モータ７６による支持軸の回転に伴い、回転ドラム７５が矢印Ｘ方向に回転される。
【０１２９】
露光ヘッド１４の下部には１対のナット２４が固定されており、ナット２４の雌ねじ部２６にはリードスクリュー２８が螺合されている。リードスクリュー２８の一方の端部にはリードスクリュー２８を回転させる駆動モータ３０がベルトを介して連結されており、駆動モータ３０はモータコントローラ３２に接続されている。そして、この駆動モータ３０によるリードスクリュー２８の回転に伴い、露光ヘッド１４が矢印Ｙ方向に往復移動される。
【０１３０】
露光ヘッド１４は、図９に示すように、高出力なレーザ光源４２、レーザ光源４２の上方に配置され、レーザ光源４２から入射されたレーザ光を矢印Ｙ方向に沿った細いライン状の光線束に収束させるレンズ４３、４４、入射されたレーザ光を画像データ３８に応じて各画素毎に変調する光変調アレイ素子４６、及び光変調アレイ素子４６で変調されたレーザ光を露光対象物１０の表面に結像させるズームレンズ４７、４８で構成された露光ユニットを備えている。この露光ユニットを構成する各部材はケーシング５８内に収納されており、ズームレンズ４８から出射されたレーザ光４０は、ケーシング５８に設けられた図示しない開口を通過して露光対象物１０の表面に照射される。
【０１３１】
レーザ光源４２、レンズ４３、４４、光変調アレイ素子４６、及びズームレンズ４７、４８は、図示しない固定部材によってケーシング５８に固定されており、ズームレンズ４８は、図示しないガイドによって光軸方向に移動可能に支持されている。なお、光変調アレイ素子４６は、ＧＬＶ素子の配列方向が、図９において、矢印Ｙ方向と平行になるように配設されている。即ち、光変調アレイ素子４６はその長手方向が矢印Ｙ方向と平行になるように配設されている。また、レーザ光源４２及び光変調アレイ素子４６は、各々図示しないドライバを介して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。
【０１３２】
レーザ光源４２としては、例えば、特願２００１−２７３８７０号及び特願２００１−２７３８７１号に記載されているレーザ光源を用いることができる。このレーザ光源４２は、図１２に示すように、多数の半導体レーザチップから出射されるビームを１本のファイバに合波する合波モジュール５２０と、その合波モジュール５２０の各々に光結合され且つ線状のレーザ光束が出射されるようにアレイ状に配列した光ファイバ２４と、により構成されている。即ち、多数本の光ファイバ２４の出力端部はアレイ状に束ねられている。
【０１３３】
各々の合波モジュール５２０は、図１０、図１１に示されるように、（例えば、銅からなる）ヒートシンクブロック５１０上に配列固定された複数個（例えば、７個）の横マルチモード窒化ガリウム系半導体レーザ５３０と、半導体レーザ各々に対向して設けられたコリメータレンズ５４０と、集光レンズ５５０とから構成され、一本のマルチモード光ファイバ４１に光結合されている。
【０１３４】
ヒートシンクブロック５１０、半導体レーザ５３０、コリメータレンズ５４０、および集光レンズ５５０は、上方が開口した箱上のパッケージ５８０内に収容され、パッケージ５８０の開口がパッケージ蓋５８１によって閉じられることにより、パッケージ５８０およびパッケージ蓋５８１が構成する閉空間内に密閉保持される。
【０１３５】
パッケージ５８０の底面にはベース板５９０が固定され、このベース板５９０の上面に前記ヒートシンクブロック５１０が取り付けられ、そしてこのヒートシンクブロック５１０にコリメータレンズ５４０を保持するコリメータレンズホルダ５４１が固定されている。さらに、ベース板５９０の上面には、集光レンズ５５０を保持する集光レンズホルダ５５１と、マルチモード光ファイバ４１の入射端部を保持するファイバホルダ５５２が固定されている。また窒化ガリウム系半導体レーザ５３０に駆動電流を供給する配線類５５５は、パッケージ５８０の横壁面に形成された図示しない気密封止材料で封止される配線類５５５を通してパッケージ外に引き出されている。
【０１３６】
コリメータレンズ５４０は、窒化ガリウム系半導体レーザ５３０の発光点の並び方向の開口径が該方向に直角な方向（図１１の上下方向）の開口径よりも小さく（すなわち、細長い形状で）形成されて、上記発光点の並び方向に密接配置されている。窒化ガリウム系半導体レーザ５３０としては、例えば、発光幅が２μｍで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角がそれぞれ１０°、３０°の状態で各々レーザビームを発するものが用いられる。これらの窒化ガリウム系半導体レーザ５３０は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【０１３７】
したがって、各発光点から発せられたレーザビームは、上述のように細長い形状とされた各コリメータレンズ５４０に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形状とされた各コリメータレンズ５４０は、入射するレーザビームの楕円径の断面形状に対応して、非有効部分を極力少なくして使用されることになる。
【０１３８】
例えば、本実施の形態では、コリメータレンズ５４０の水平方向および垂直方向の開口径１．１ｍｍ、４．６ｍｍ、焦点距離３ｍｍ、ＮＡ０．６、コリメータレンズ５４０に入射するレーザビームの水平方向および垂直方向のビーム径０．９ｍｍ、２．６ｍｍが使用できる。また、コリメータレンズ５４０はピッチ１．２５ｍｍで配置される。
【０１３９】
集光レンズ５５０は、非球面円形レンズの光軸を含む領域を細長く切り取って、コリメータレンズ５４０の並び方向すなわち水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状とされている。集光レンズ５５０は、例えば、焦点距離１２．５ｍｍ、ＮＡ０．３であるものが使用できる。この集光レンズ５５０も、例えば、樹脂あるいは光学ガラスをモールド成形することによって形成される。
【０１４０】
他方、マルチモード光ファイバ４１は、例えば、三菱電線製のグレーデッドインデックス型を基本としたコア中心部がグレーデットインデックス型で外周部がステップインデックス型であるコア径２５μｍ、ＮＡ０．３、端面コートの透過率９９．５％以上のファイバが使用できる。すなわちコア径×ＮＡの値は７．５μｍとなる。
【０１４１】
レーザビームのマルチモード光ファイバ４１への結合効率が０．９、窒化ガリウム系半導体レーザ５３０の出力１００ｍＷ、半導体レーザ５３０の個数７の場合、出力６３０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×７）の合波レーザビームが得られることになる。
【０１４２】
窒化ガリウム系半導体レーザ５３０は、発振波長は４０５±１０ｎｍであり、最大出力は１００ｍＷである。これらの窒化ガリウム系半導体レーザ５３０から発散光状態で出射したレーザビームは、各々対向するコリメータレンズ５４０によって平行光化される。平行光とされたレーザビームは、集光レンズ５５０によって集光され、マルチモード光ファイバ４１のコアの入射端面上で収束する。
【０１４３】
コリメータレンズ５４０及び集光レンズ５５０によって集光光学系が構成され、それとマルチモード光ファイバ４１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２０によって上述のように集光されたレーザビームがこのマルチモード光ファイバ４１のコアに入射してそこを伝搬し、１本のレーザビームに合波されてマルチモード光ファイバ４１から出射する。なおマルチモード光ファイバ４１としては、例えば、ステップインデックス型のものや微小コアで高いＮＡのものを使用する場合は、グレードインデックス型のもの及びその複合型のファイバが適用可能である。
【０１４４】
なお、各々の半導体レーザ５３０に対応する個別のコリメータレンズ５４０の代替として、半導体レーザ５３０の個数に対応する個数のレンズ要素を有するコリメータレンズアレイが使用されてもよい。個別のコリメータレンズを使用する場合もそれらを互いに密接配置して、窒化ガリウム系半導体レーザ５３０の配置ピッチを小さくし、空間利用効率を高めることができるが、コリメータレンズアレイを用いることにより、その効果をより一層高めることが可能である。また、そのようにして空間利用効率が高められると、合波本数を増やすことができ、更に窒化ガリウム系半導体レーザ５３０、集光光学系およびマルチモード光ファイバ４１の組立位置精度に比較的余裕を持たせることができるという効果も得られる。
【０１４５】
コリメータレンズアレイの各レンズ要素、もしくは個別のコリメータレンズ５４０の焦点距離および開口数をｆ１、ＮＡ１、集光レンズ５５０の焦点距離をｆ２、マルチモード光ファイバ４１の開口数をＮＡ２、空間利用効率をηとする。なお、この空間利用効率ηは、レーザビームが使用する空間中でレーザビームの光路が占める空間の割合で規定されるものであり、レーザビームの光路が互いに密接する状態がη＝１である。
【０１４６】
上記の条件下では、レンズ径の倍率ａ、すなわち、窒化ガリウム系半導体レーザの各発光点におけるビームスポット径に対するマルチモードファイバ４１のコア端面上におけるビームスポット径の比は式（１）で与えられる。なおＮは合波本数である。
【０１４７】
【数２】
式（１）から明らかな通り、空間利用効率ηがより大きいほど倍率ａは低下する。そして倍率ａが小さいほど、窒化ガリウム系半導体レーザ、集光光学系およびマルチモード光ファイバ４１の相対位置関係がずれた際に、レーザビームがマルチモード光ファイバ４１のコア端面上で動く距離が小さくなる。そこで、窒化ガリウム系半導体レーザ、集光光学系およびマルチモード光ファイバ４１の組立位置精度を比較的緩くしておいても、レーザビームをマルチモード光ファイバ４１のコアに正常に入射させることが可能になる。また、ηを１に近づけるとａを低下することができ、合波本数Ｎをその分増加させることができるので、合波本数Ｎを増加させても位置ずれ許容度が大きいまま高出力化できる。
【０１４９】
長尺状に構成されている光変調アレイ素子４６に光変調アレイ素子４６の長さ方向に延びた線状のレーザ光を出射するように、多数の半導体レーザチップ５２０各々に対して１本ずつ設けられたファイバ４１は光変調アレイ素子４６の長さ方向に沿って配列されてアレイ状に構成されている。
【０１５０】
上述の通り、窒化ガリウム系半導体レーザ５３０から出射されたレーザ光は、各々対応するコリメータレンズ５４０でコリメートされた後、光ファイバ４１に入射される。各半導体レーザチップ５２０に７個の半導体レーザ５３０が備えられている場合、７本のコリメートされたレーザ光が、非球面ガラスモールドレンズ５５０により、ファイバ４１へ光結合される。 このコア径２５μｍ、ＮＡ＝０．３、出力０．５Ｗのファイバを１００本設ければ、線状に配置されたファイバからは、５０Ｗ（＝０．５Ｗ×１００本）の線状の超高出力ビームが出射される。線状ビームはレンズ４３、４４により矢印Ｙ方向に平行光化されると共にＹ方向と直交する方向に収束され、長尺状の光変調アレイ素子４６に入射する。
【０１５１】
上記記載されたファイバを並べた５０Ｗ（＝０．５Ｗ×１００本）の線状の高出力ビームの代替として、図１３（Ａ）に示す半導体レーザチップ５６０を図１３（Ｂ）に示すように所定方向に沿って配列した、特願２００１−２７３８４９号明細書に開示されているアレイ型半導体レーザが使用されてもよい。光源４２は、複数の半導体レーザチップにより構成される。各々の半導体レーザチップ５６０は、発光点５７０を複数個有する。発光点５７０の出力が０．１Ｗ、発光点数が５であれば、半導体レーザチップ５６０各々の出力は０．５Ｗ（＝０．１Ｗ×５個）であり、光源４２が３４個の半導体レーザチップ５６０により構成されていれば、１７Ｗ（＝０．５Ｗ×３４個）の高出力アレイビームを出射することができる。この１７Ｗのアレイビームを３素子並べることで、ファイバを並べたビームと同様の５０Ｗ（１７Ｗ×３素子）級の線状の高出力ビームが得られる。
【０１５２】
次に、本実施の形態の露光装置の動作を説明する。露光対象物１０にレーザ光４０を照射して露光するために、画像データ３８が、光変調アレイ素子４６のコントローラ（図示せず）に入力され、コントローラ内のフレームメモリに一旦記億される。
【０１５３】
露光ヘッド１４のレーザ光源４２から出射され光変調アレイ素子４６の長さ方向に延びた線状ビームは、レンズ４３、４４を介して長尺状の光変調アレイ素子４６にライン状に照射され、光変調アレイ素子４６によって同時に変調され、レンズ４７、４８を介してＹ軸方向にライン状に結像される。
【０１５４】
露光開始時には、露光ヘッド１４が露光開始位置（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の原点）に移動される。モータコントローラ３２が駆動モータ７６を一定速度で回転させると、駆動モータ７６による支持棒の回転に伴い、回転ドラム７５が矢印Ｘ方向に回転される。
【０１５５】
回転ドラム７５の矢印Ｘ方向への回転と共に、フレームメモリに記憶されている画像データ３８が、光変調アレイ素子４６のＧＬＶ素子２０１の数と略同数の画素単位で順に読み出され、読み出された画像データ３８に応じて光変調アレイ素子４６のＧＬＶ素子２０１の各々がオンオフ制御される。これにより露光ヘッド１４から出射されるレーザ光４０がオンオフされる。そして、露光対象物１０が、矢印Ｙ方向にＧＬＶ素子２０１の数と略同数の画素単位で走査露光されると共に、回転ドラム７５の周方向に走査露光される（主走査）。
【０１５６】
回転ドラム７５が１回転すると、モータコントローラ３２が駆動モータ３０を一定速度で回転させる。リードスクリュー２８も一定速度で回転し、リードスクリュー２８の回転に伴い、露光ヘッド１４が矢印Ｙ方向に１ステップ移動される（副走査）。以上の主走査及び副走査を繰り返し、露光対象物１０が画像様に露光される。また、ドラム１回転の時間でＹ方向に１ステップ分移動するように、駆動モータ３０を一定速度で定常的に回転させることで、スパイラル状に露光することができる。
【０１５７】
以上の通り、本実施の形態に係る露光装置では、第１の実施の形態と同様に、高出力のレーザ光源を用いているので、紫外を含む所定波長領域に感度を有する露光対象物を、デジタルデータに基づいて直接走査露光することができ、プロキシミティ方式の露光装置等のマスク露光による露光装置と比べて上記（１）〜（６）の利点がある。
【０１５８】
上記第１〜第３の実施の形態では、窒化ガリウム系半導体レーザをファイバに合波結合して構成される高出力レーザ光源を使用する例について説明したが、高出力レーザ光源を、以下の（１）〜（６）のいずれかで構成してもよい。
（１）窒化ガリウム系半導体レーザ。好ましくは、図１０及び図１１に示される複数の窒化ガリウム系半導体レーザより構成されるアレイ型半導体レーザ。
（２）図１５に示される、窒化ガリウム系半導体レーザで固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射する半導体レーザ励起固体レーザ。
（３）図１６に示される、窒化ガリウム系半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザ。
（４）図１７に示される、赤外領域の光を出射する半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザまたはファイバアンプ。
（５）窒化ガリウム系半導体レーザをファイバに結合したレーザ光源、複数の窒化ガリウム系半導体レーザを合波光学系によりファイバに結合したレーザ光源、図１２に示される当該ファイバをアレイ状に配列した線状レーザ光源、およびバンドル状に配列した面状レーザ光源。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかのレーザ光源と合波光学系とで構成されたレーザ光源。
【０１５９】
図１４に、上記（１）のブロードエリアの発光領域を有するＧａＮ系半導体レーザの積層構造の一例を示す。この積層構造のＧａＮ系半導体レーザでは、ｎ型ＧａＮ（０００１）基板１００上には、ｎ型Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１０２（０．０５＜ｚ１＜１）、ｎ型またはｉ型ＧａＮ光導波層１０４、Ｉｎ１−ｚ２Ｇａｚ２Ｎ（Ｓｉドープ）／Ｉｎ１−ｚ３Ｇａｚ３Ｎ多重量子井戸活性層１０６（０．０１＜ｚ２＜０．０５、０．１＜ｚ３＜０．３）、ｐ型Ｇａ０．８Ａ１０．２Ｎキャリアブロッキング層１０８、ｎ型またはｉ型ＧａＮ光導波層１１０、ｐ型Ｇａ１−ｚ１Ａｌｚ１Ｎ／ＧａＮ超格子クラッド層１１２、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１４が順次積層されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層１１４上には、幅５０μｍ程度のストライプ領域を除いて絶縁膜１１６が形成され、ストライプ領域にはｐ側電極１１８が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ（０００１）基板１００の裏面には、ｎ側電極１２０が形成されている。なお、この半導体レーザの発振波長帯は４４０ｎｍであり、発光領域幅が５０μｍであるので、得られる出力は１Ｗ程度であり、電気−光変効率は１５％である。この半導体レーザをコア径５００μｍのファイバに１０素子からのレーザ光を入力し、１０Ｗ出力のファイバ励起モジュール１２２を得る。
【０１６０】
図１５に、上記（２）の窒化ガリウム系半導体レーザで固体レーザ結晶を励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射する半導体レーザ励起固体レーザの一例を示す。この半導体レーザ励起固体レーザは、励起光としてのレーザビーム１２１を発する励起モジュール１２２、入射端が励起モジュール１２２に光結合されたファイバＦ、ファイバＦから出射された発散光である上記レーザビーム１２１を集光する集光レンズ１２４、Ｐｒ３＋がドープされた固体レーザ媒質であるＬｉＹＦ４結晶（以下、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶と称する）１２６、このＰｒ：ＹＬＦ結晶１２６の光出射側に配置された共振器ミラー１２８、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶１２６と共振器ミラー１２８との間に配置された光波長変換素子１３０、及びエタロン１３２を備えている。
【０１６１】
光波長変換素子１３０は、非線形光学材料である、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３結晶に周期ドメイン反転構造が設けられて構成されている。周期ドメイン反転構造の周期は、例えば、基本波波長を７２０ｎｍ、第２高調波の波長を３６０ｎｍとした場合、これらの波長に対して１次の周期となるように１．６５μｍとされている。また、波長選択素子としてのエタロン１３２は、固体レーザを単一縦モード発振させて低ノイズ化を実現する。
【０１６２】
半導体レーザ１２２としては、例えば、ＩｎＧａＮ活性層を有し、波長４５０ｎｍで発振するブロードエリア型のものを用いることができる。また、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶１２６の光入射側の端面１２６ａには、波長４５０ｎｍの光は８０％以上の透過率で良好に透過させる一方、Ｐｒ３＋の１つの発振線である波長７２０ｎｍに対して高反射率で、７２０ｎｍ以外のＰｒ３＋の発振線４００〜６５０ｎｍおよび８００ｎｍ以上に対しては低反射率のコーティングが施されている。また、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶１２６の光出射側の端面１２６ｂには、波長７２０ｎｍに対して低反射率で、その第２高調波波長３６０ｎｍに対しては高反射率のコーティングが施されている。一方、共振器ミラー１２８のミラー面１２８ａには、波長７２０ｎｍの光に対して高反射率で、波長３６０ｎｍの光を９５％以上透過させ、上記４９０〜６５０ｎｍおよび８００ｎｍ以上の光に対しては低反射率のコーティングが施されている。
【０１６３】
この半導体レーザ励起固体レーザでは、半導体レーザ１２２から出射された波長４５０ｎｍのレーザビーム１２１は、上記端面１２６ａを透過してＰｒ：ＹＬＦ結晶１２６に入射する。Ｐｒ：ＹＬＦ結晶１２６はこのレーザビーム１２１によってＰｒ３＋が励起されることにより、波長７２０ｎｍの光を発する。このときの準位は３Ｐ０→３Ｆ４と考えられる。そして、Ｐｒ：ＹＬＦ結晶１２６の端面１２６ａと共振器ミラー１２８のミラー面１２８ａとで構成される共振器によりレーザ発振が引き起こされて、波長７２０ｎｍの固体レーザビーム１２３が得られる。このレーザビーム１２３は光波長変換素子１３０に入射して、波長が１／２すなわち３６０ｎｍの第２高調波１２５に変換される。共振器ミラー１２８のミラー面１２８ａには、前述の通りのコーティングが施されているので、共振器ミラー１２８からは、略、波長３６０ｎｍの第２高調波１２５のみが出射する。
【０１６４】
図１６に、上記（４）の赤外領域の光を出射する半導体レーザでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザの一例を示す。このファイバレーザは、ＴＨＧ（第３高調波発生）ファイバレーザであり、波長１５６０ｎｍのレーザビーム１３３を出射するパルス分布帰還形半導体レーザ（パルスＤＦＢレーザ）１３４、発散光である上記レーザビーム１３３を平行光化するコリメートレンズ１３６、平行光となったレーザビーム１３３を集光する集光レンズ１３８、コリメートレンズ１３６と集光レンズ１３８との間に配置されたハーフミラー１４２、Ｅｒ３＋及びＹｂ３＋が共ドープされたコアを持つファイバ１４０、ファイバ１４０から出射されたレーザビーム１３３を集光する集光レンズ１５４、及び集光されたレーザビーム１３３を入射させて波長変換波を得る波長変換部１５６を備えている。
【０１６５】
波長変換部１５６は、入射されたレーザビーム１３３を１／２の波長（７８０ｎｍ）のレーザビームに変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子１５８、及び入射されたレーザビーム１３３を１／４の波長（３９０ｎｍ）のレーザビームに変換するＦＨＧ（第４高調波発生）素子１６０から構成されている。ＳＨＧ素子１５６及びＴＨＧ素子１５８は、非線形光学材料である、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３に周期ドメイン反転構造が設けられて構成されたバルク型波長変換結晶である。
【０１６６】
ハーフミラー１４２の反射光入射側には（図中、ハーフミラー１４２の下方）には、波長９４０ｎｍのレーザビーム１３５を出射する半導体レーザ１４４が配置されている。ハーフミラー１４２と半導体レーザ１４４との間にはコリメートレンズ１４６が配置されている。
【０１６７】
図１６に示すように、ファイバ１４０において、レーザビーム１３３は、同じ波長１５６０ｎｍの蛍光からエネルギーを受けて増幅され、ファイバ１４０の出射端面１４０ｂから出射される。出射された波長１５６０ｎｍのレーザビーム１３３は、集光レンズ１５４で集光され、波長変換部１５６に入射され、入射されたレーザビーム１３３は、波長変換部１５６において、第４高調波である波長３９０ｎｍのレーザビーム１３７に変換されて出射される。なお、このＦＨＧファイバレーザでは、５Ｗの出力を得ることができる。
【０１６８】
なお、波長変換部を、入射されたレーザビームを１／２の波長のレーザビームに変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子、及び入射されたレーザビームを１／３の波長のレーザビームに変換するＴＨＧ（第３高調波発生）素子から構成することにより、ＴＨＧ（第３高調波発生）ファイバレーザとすることができる。
【０１６９】
また、図１７に、上記（３）の窒化ガリウム系半導体レーザを用いたファイバー入力励起モジュールでファイバを励起して得られたレーザビームを光波長変換素子で波長変換して出射するファイバレーザの一例を示す。このファイバレーザは、ＳＨＧ（第２高調波発生）ファイバレーザであり、波長４５０ｎｍのレーザビーム１７３を出射するＧａＮ系半導体レーザを用いたファイバー入力励起モジュール１７４、発散光である上記レーザビーム１７３を平行光化するコリメートレンズ１７６、平行光となったレーザビーム１７３を集光する集光レンズ１７８、Ｐｒ３＋がドープされたコアを持つファイバ１８０、ファイバ１８０から出射された波長７２０ｎｍのレーザビーム１８２を集光する集光レンズ１９４、及び集光されたレーザビーム１８２を入射させて１／２の波長（３６０ｎｍ）のレーザビーム１７７に変換するＳＨＧ（第２高調波発生）素子１９６を備えている。ＳＨＧ素子１９６は、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３に周期ドメイン反転構造が設けられて構成されたバルク型波長変換結晶である。ファイバ１８０の端面１８０ａおよび１８０ｂには、以上述べた各波長の光に対してＡＲ（無反射）となる特性のコートが施されている。
【０１７０】
このファイバレーザでは、ＧａＮ系半導体レーザを用いたファイバー入力励起モジュール１７４から出射された波長４５０ｎｍのレーザビーム１７３は、集光レンズ１７８により集光されて、ファイバ１８０に入射する。入射したレーザビーム１７３により波長７２０ｎｍの蛍光が発生し、ファイバ１８０の両端面１８０ａ、１８０ｂ間で共振されて、波長７２０ｎｍのレーザビーム１８２が出射端面１８０ｂから出射される。出射された波長７２０ｎｍのレーザビーム１８２は、集光レンズ１９４で集光され、ＳＨＧ素子１９６に入射される。入射されたレーザビーム１８２は、ＳＨＧ素子１９６において、第２高調波である３６０ｎｍのレーザビーム１７７に変換されて出射される。
【０１７１】
上記第１〜第３の実施の形態では、露光ヘッド内に高出力レーザ光源を備える例について説明したが、高出力レーザ光源は露光ヘッドの外部に配置することもできる。図１８に、高出力レーザ光源を外部に配置した露光ヘッドの例を示す。この露光ヘッド１４では、レーザ光源４２Ｅはケーシング５８の外部に配置され、光ファイバ４１は、ケーシング５８の側壁に設けられた孔（図示せず）を通してケーシング５８内に導入されている。この点以外は、第１の実施の形態の露光ヘッド１４と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１７２】
上記第１、第２、及び第３の実施の形態では、では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｃｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の１種である反射回折格子型のＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）素子をアレイ化した光変調アレイ素子を用いて光ビームを変調する例について説明したが、他の変調手段により光ビームを変調するこもできる。なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間変調素子を意味している。
【０１７３】
例えば、レーザ光源が連続駆動され且つ光出力が小さい用途の場合には、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間変調素子を用いてもよい。また、レーザ光源が高出力である場合またはパルス駆動される場合には、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、全反射型の空間変調素子、及び干渉型の空間変調素子等、他のＭＥＭＳタイプの空間変調素子を用いてもよい。
【０１７４】
なお、空間変調素子（光変調アレイ素子）の構成は厳密な一次元（すなわち、一方の次元の素子の数が１個）の線状に限定されず、一方の次元の素子の数が他方の次元の素子の数より十分に小さい線状の構成であればよい。光変調アレイ素子を面状あるいは線状に構成することにより、記録材料の複数画素に対応する領域を一度に露光することができるようになり、処理を高速化することができる。しかしながら、光変調アレイ素子が面状（二次元）の場合には、それぞれの光変調素子アレイで露光された画像が連続するように二次元の精密なアラインメント調整、結像画像が鼓状に歪まない光学系等が必要となり、装置の構成が複雑、高価になるという問題がある。また、光変調素子アレイを複数個用いて高速化する場合にも同様な問題が生じる。一方、光変調素子アレイが線状の場合には、アレイの並び方向にのみ画像が連続するような調整だけで済み、また、線状の場合には光学系の中心を通る一断面を使用することで、鼓状歪みの問題から回避できるという利点がある。従って、上記第１〜第３の実施の形態では、光変調素子アレイを線状にすることがより好ましい。また、このような線状の光変調アレイ素子に照明する光源としては、照明効率の点から線状の照明光源となるファイバ光源を多数本並べたアレイ状の光源を用いることが好ましい。
【０１７５】
また、第１〜第３の実施の形態では、ファイバをアレイ状に配設しているが、本発明はこれに限定されず、ファイバをバンドル状に配設して面状のレーザ光を発生するようにしてもよい。この場合、光変調アレイ素子は、照明効率の点から面状に構成されているものが使用されることが好ましい。
【０１７６】
ＤＭＤは、図１９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）２３８上に、微小ミラー（マイクロミラー）２４０が支柱により支持されて配置されたものであり、多数の（数１０万個から数１００万個）の微小ミラーであるピクセルをアレイ状に配列して構成されたミラーデバイスである。図１９（Ａ）はピクセルを１列に配列したＤＭＤであり、図１９（Ｂ）はピクセルを複数列にわたり配列したＤＭＤであり、図１９（Ｃ）はピクセルを２次元に配列したＤＭＤである。本実施の形態においては、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにピクセルをライン状に配列したＤＭＤを用いるのが好ましい。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２４０が設けられており、マイクロミラー２４０の表面にはアルミニウムが蒸着されている。また、マイクロミラー２４０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２３８が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
【０１７７】
ＤＭＤのＳＲＡＭセル２３８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２４０が、対角線を中心としてＤＭＤ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２０（Ａ）は、マイクロミラー２４０がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図２０（Ｂ）は、マイクロミラー２４０がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤの各ピクセルにおけるマイクロミラー２４０の傾きを、図１９に示すように制御することによって、ＤＭＤに入射された光はそれぞれのマイクロミラー２４０の傾き方向へ反射される。なお、図１９（Ａ）〜（Ｃ）には、ＤＭＤの一部を拡大し、マイクロミラー２４０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２４０のオンオフ制御は、ＤＭＤに接続されたコントローラ（図示せず）によって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー２４０により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【０１７８】
干渉型の空間変調素子としては、ファブリペロー干渉を利用した光変調素子（干渉型光シャッタ）が挙げられる。図２１及び図２２において、干渉型光シャッタは、入射光に対し所定角度を持って配置される一方の電極３０３と、一方の電極３０３に少なくとも空隙を挟んで対向する他方の電極３０４と、一方の電極３０３及び他方の電極間３０４に介装されて透明な可撓薄膜３０７とを具備し、一方の電極３０３及び他方の電極３０４間に電圧を印加することで発生したクーロン力によって可撓薄膜３０７を撓ませ該可撓薄膜３０７を透過する光を変調して出射するものである。
【０１７９】
即ち、一方の電極３０３は透明基板３０１に組み込まれて構成され、該一方の電極３０３の上側には誘電体多層膜ミラー３０５が設けられている。また透明基板３０１上には左右に支柱３０２が設けられており、該支柱３０２の上端面には可撓薄膜３０７が設けられている。可撓薄膜３０７の誘電体多層膜ミラー３０５に対向する下面にはもう１つの誘電体多層膜ミラー３０６が設けられている。従って、上下２つの誘電体多層膜ミラー３０５、３０６間には空隙３０９が形成されている。さらに可撓薄膜３０７の上面には一方の電極３０３と対向するように他方の電極３０４が設けられている。
【０１８０】
このように構成される干渉型光シャッタでは、図２３（Ａ）の状態に示すように、一方の電極３０３と他方の電極３０４との間の電源電圧Ｖｇｓの供給をＯＦＦとしたとき、上下２つの誘電体多層膜ミラー３０５、３０６間の空隙３０９の間隔はｔｏｆｆとなる。また、図２３（Ｂ）の状態に示すように、一方の電極３０３と他方の電極３０４と間の電源電圧Ｖｇｓの供給をＯＮとしたとき、上下２つの誘電体多層膜ミラー３０５，３０６間の空隙３０９の間隔はｔｏｎとなる。即ち、各電極３０３、３０４間に電圧Ｖｇｓを印加すると、発生したクーロン力によって可撓薄膜３０７が変形して空隙３０９の間隔が狭くなる。
【０１８１】
ここで、ｔｏｆｆは可撓薄膜３０７の成膜時に調整可能であり、またｔｏｎの制御は、印加される電圧Ｖｇｓと可撓薄膜３０７が変形したときに発生する復元力のバランスで可能となる。尚、より安定な制御を行うには、変位が一定となるように電極３０３と可撓薄膜３０７との間にスペーサを形成してもよい。このスペーサを絶縁体とした場合には、その比誘電率（１以上）により印加電圧を低減する効果があり、また導電性とした場合には、さらにこの効果は大きくなる。また、電極３０３、３０４とスペーサとを同一材料で形成してもよい。
【０１８２】
また、図２２に示すように、光シャッタの面法線と入射光のなす角がθｉのとき、干渉型光シャッタの光強度透過率Ｉｔは次式で与えられる。ここにおいて、Ｒは誘電体多層膜ミラー３０５、３０６の光強度反射率、ｎは空隙３０９の屈折率（空気の場合に１）、ｔは誘電体多層膜ミラー３０５、３０６間の空隙３０９の間隔、λは光の波長である。
【０１８３】
【数３】
ここで、ｔｏｎ、ｔｏｆｆを下記のように設定する（ｍ＝１）。ｔｏｎ＝１／２×λ［ｎｍ］、ｔｏｆｆ＝３／４×λ［ｎｍ］、λ＝４０５ｎｍである。また、誘電体多層膜ミラー３０５、３０６の光強度反射率Ｒ＝０．９とし、入射角θｉ＝０［ｄｅｇ］とし、空隙３０９を空気又は希ガスとして屈折率ｎ＝１とする。このときの干渉型光シャッタにおける光強度透過率の波長に対する特性は、電圧Ｖｇｓを印加しないとき（ｔｏｆｆのとき）は光を全く透過せず、電圧Ｖｇｓを印加したとき（ｔｏｎのとき）には半導体レーザ光の波長４０５［ｎｍ］を中心とした光を透過するようになる。
【０１８５】
干渉型光シャッタでは、一方の電極３０３及び他方の電極３０４との間に電圧Ｖｇｓを印加することで発生したクーロン力によって可撓薄膜３０７を撓ませ、多層膜干渉効果を発生することにより可撓薄膜３０７を透過する光を光変調することができる。尚、干渉の条件を満たせば、空隙３０９の間隔ｔ、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー３０５、３０６の光強度反射率Ｒ等は何れの組み合わせであってもよい。また、電圧Ｖｇｓの値により間隔ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。即ち、印加電圧による階調制御が可能となる。
【０１８６】
全反射型の空間変調素子は、図２４及び図２５に示すように、メカニカル光タップ駆動構成の例では、ノーマリオンの光タップ構成である。ここで、導光プレートメサ３２６は導光プレート３１２上のスペーサ３４８の高さより低い高さを有する。スペーサ３４８の近くにはライン電極３５６が設けられている。対応するカラム電極３５８はメカニカルタップ膜３２８の上面に配置されている。ノーマリオン構成において、メカニカルタップ膜が備える張力性（ｔｅｎｓｉｌ ｅ ｎａｔｕｒｅ）により、メサの上方のスペーサ３４８の高さが増加していることでメカニカルタップ膜は、導光プレートメサ３２６の上面３３６から離間された状態に維持される。タップ膜とメサのトップ面３３６との間の例えば約０．７μｍのギャップＧは、導光プレートからの光がタップ膜及び上方の透過基板３３８に透過することを許さない。この状態（オン状態）では導光プレート３１２の図中左側から入射した光は右側に出射するため、その出射光を露光に用いることができる。一方、ライン電極３５６とカラム電極３５８との間に適切な電位差が印加されると、両電極には引き合う電荷構成（図示せず）が発生する。その結果、可撓姓のあるタップ膜３２８が導光プレート及びライン電極３５６に引き寄せられる。この正の引力はタップ膜を下方へ撓ませ、これによってタップ膜が動いて導光プレートメサ３２６のトップ面３３６に接触する。 図２５に示すように、この接触はメカニカル光タップをオフにし、これにより、導光プレートメサから出た光が、接触しているメカニカルタップ膜を通り、そこから透過基板３３８を通って図中上方へ抜けて行く。この状態（オフ状態）では導光プレート３１２の図中左側から入射した光は右側から出射しないため露光されない。引き合うような電極電位を除くことにより、張力性メカニカルタップ膜は上方に向けて通常の休止位置へスナップバックし、ギャップＧがタップ膜を導光プレートメサのトップ面から離間させることでオン状態に戻る。
【０１８７】
上記第１〜第３の実施の形態では、本発明の露光装置を、液晶カラーフィルタの製造工程におけるフォトレジストの露光に適用した例について説明したが、露光対象物は紫外を含む所定波長領域に感度を有する感光材料であれば特に制限はなく、プリント配線基板製造用のフォトレジストの露光や、印刷用感光性シリンダー、印刷用感光性材料を塗布したシリンダー、及び印刷用刷版の露光にも使用することができる。各用途に適用した例を表１に示す。
【０１８８】
【表１】
（参考例）次に、図２６を参照して、参考例の露光装置について説明する。この露光装置は、図２６に示すように、外部変調器とポリゴン光学系とを備えた露光ヘッドを備えており、外部変調器で変調したレーザ光をポリゴン光学系で偏向して露光対象物に照射する以外は、第１の実施の形態に係る露光装置と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１９０】
この露光装置では、露光ヘッド１４は、高出力なレーザ光源４２、コリメータレンズ６０、ＡＯＭ（音響光学変調器）等の外部変調器６２、シリンドリカルレンズ６４、ポリゴンミラー６６、及びｆθレンズ６８で構成された露光ユニットを備えている。レーザ光源４２のレーザ光出射側には、従来公知の光ビーム走査装置と同様に、コリメータレンズ６０、外部変調器６２、及びシリンドリカルレンズ６４が配置され、シリンドリカルレンズ６４のレーザ光出射側には、外周に多数の光反射面が形成されたＮ角柱状のポリゴンミラー６６が配置されている。ポリゴンミラー６６のレーザ光出射側にはｆθレンズ６８が配置されている。
【０１９１】
この露光ユニットを構成する各部材はケーシング５８内に収納されており、レーザ光源４２、コリメータレンズ６０、外部変調器６２、シリンドリカルレンズ６４、ポリゴンミラー６６、及びｆθレンズ６８は、図示しない固定部材によってケーシング５８に固定されている。ｆθレンズ６８から出射されたレーザ光４０は、ケーシング５８に設けられた図示しない開口を通過して、露光対象物１０の表面に照射される。
【０１９２】
ポリゴンミラー６６の回転軸はスキャナモータ７０に連結されており、該スキャナモータ７０はモータコントローラ３２に接続されている。そして、このスキャナモータ７０の回転に伴い、ポリゴンミラー６６が所定方向に回転される。
【０１９３】
外部変調器６２は、変調信号を生成する変調信号生成器７４に接続されている。変調信号生成器７４はクロック信号生成部７２に接続されており、クロック信号生成部７２は温度検出回路３６に接続されている。クロック信号生成部７２は、温度検出回路３６の検出温度に基づいて一定周波数のクロック信号を生成し、変調信号生成器７４に出力する。
【０１９４】
変調信号生成器７４は、クロック信号生成部７２から入力されたクロック信号に同期したタイミングで、入力された画像データ３８に基づいて変調信号を生成し、生成された変調信号を外部変調器６２に出力する。また、レーザ光源４２は、各々図示しないドライバを介して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。
【０１９５】
次に、この露光装置の動作を説明する。露光対象物１０にレーザ光４０を照射して露光するために、画像データ３８が、変調信号生成器７４に入力され、変調信号生成器７４内のフレームメモリに一旦記億される。
【０１９６】
露光ヘッド１４のレーザ光源４２から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ６０により平行光化されて外部変調器６２に入射される。入射されたレーザ光は、外部変調器６２によって変調される。モータコントローラ３２がスキャナモータ７０を一定速度で回転させると、スキャナモータ７０の回転に伴いポリゴンミラー６６が所定方向に回転される。外部変調器６２によって変調されたレーザ光は、ポリゴンミラー６６の反射面で反射され所定方向に偏向されて、ｆθレンズ６８を透過して露光対象物１０の表面に照射される。
【０１９７】
露光開始時には、露光ヘッド１４が露光開始位置（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の原点）に移動される。モータコントローラ３２が駆動モータ３０を一定速度で回転させると、リードスクリュー２８も一定速度で回転し、リードスクリュー２８の回転に伴い、露光ヘッド１４がＹ軸方向に一定速度で移動される。
【０１９８】
露光ヘッド１４のＹ軸方向への移動と共に、変調信号生成器７４によって、フレームメモリに記憶されている画像データ３８が、１ライン分、ポリゴンミラー６６が１回転で走査する画素数（走査画素数）と略同数の画素単位で順に読み出され、読み出された画像データ３８に応じて変調信号が生成される。生成された変調信号は、外部変調器６２に出力される。これによりコリメータレンズ６０より入射されたレーザ光はオンオフされ、ポリゴンミラー６６により偏向される。そして、露光対象物１０が、Ｘ軸方向にポリゴンミラー６６の走査画素数単位で走査露光されると共に、Ｙ軸方向に１ライン分走査露光される（主走査）。
【０１９９】
露光ヘッド１４が露光対象物１０の端部に達すると、露光ヘッド１４はＹ軸方向の原点に復帰する。そして、モータコントローラ３２が駆動モータ２２を一定速度で回転させると、リードスクリュー２０も一定速度で回転し、リードスクリュー２０の回転に伴い、フラットステージ１２がＸ軸方向に１ステップ移動される（副走査）。以上の主走査及び副走査を繰り返し、露光対象物１０が画像様に露光される。
【０２００】
以上の通り、参考例に係る露光装置では、第１の実施の形態と同様に、高出力のレーザ光源を用いているので、紫外を含む所定波長領域に感度を有する露光対象物を、デジタルデータに基づいて直接走査露光することができ、プロキシミティ方式の露光装置等のマスク露光による露光装置と比べて上記（１）〜（６）の利点がある。
【０２０１】
しかしながら、外部変調器とポリゴンミラーとを併用するため装置構成が煩雑となる。また、高耐久性の有る外部変調器が必要となり、装置価格が高く、信頼性も低いものとなってしまう。
【０２０２】
なお、上記では、露光ユニットが単一光源を有する例について説明したが、図２７に示すように、複数の光源を有する露光ユニットを用いてもよい。この露光ユニットでは、１つのポリゴンミラー６６に対し、４つのレーザ光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄと３つのハーフミラーとを備えている。
【０２０３】
この露光ユニットでは、レーザ光源４２Ａから出射されたレーザ光４０Ａは、ハーフミラー７２Ａで反射されてポリゴンミラー６６に入射され、ポリゴンミラー６６の反射面で反射されて露光対象物１０に照射される。レーザ光源４２Ｂから出射されたレーザ光４０Ｂは、ハーフミラー７２Ｂで反射されハーフミラー７２Ａを透過してポリゴンミラー６６に入射され、ポリゴンミラー６６の反射面で反射されて露光対象物１０に照射される。
【０２０４】
また、レーザ光源４２Ｃから出射されたレーザ光４０Ｃは、ハーフミラー７２Ｃで反射されハーフミラー７２Ｂ、７２Ａを透過してポリゴンミラー６６に入射され、ポリゴンミラー６６の反射面で反射されて露光対象物１０に照射される。レーザ光源４２Ｄから出射されたレーザ光４０Ｄは、ハーフミラー７２Ｃ、７２Ｂ、７２Ａを透過してポリゴンミラー６６に入射され、ポリゴンミラー６６の反射面で反射されて露光対象物１０に照射される。
【０２０５】
このように、レーザ光４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄにより、露光対象物１０のＹ軸方向に異なる位置が同時に走査露光されるので、高速での露光が可能となる。
【０２０６】
【実施例】
第２９図乃至第３８図は本発明の一実施例であるビルドアップ法による多層プリント配線基板の製造工程を示している。この例では四層のプリント配線基板を製造するものとしている。
【０２０７】
第２９図において、両側に銅層１１２および１１４が張りつけられたガラスエポキシ絶縁基板１１０を用意する。銅層は厚さが１８ミクロンのものである。
【０２０８】
第３０図において、一方の銅層１１２を、銅張り積層基板上にバフ研磨、スクラブ研磨、化学研磨を行った後で、ドライフィルムレジストをラミネートし、本発明のレーザ照射装置を用いてパターン露光し、１％炭酸ソーダ水溶液で露光部を残して溶解現像する事によりレジストパターンを形成し、塩化第２銅水溶液でエッチングし、３％苛性カリ水溶液でレジストを剥離することによりパターニングし、信号配線導体１１６を含む第１の配線層または配線レベルを形成する。下側の銅層１４はこの例では電源層として用いられる。
【０２０９】
第３１図において、第１の配線層の信号配線導体１１６に例えばアルカリ性過硫酸カリウム水溶液を用いて黒化処理を施した後で、これを覆うように感光性絶縁性樹脂層１１８をカーテンコーター、スクリーン印刷、スピンコーター、スリットコーターなどから選ばれた、例えばカーテンコーターを用いて乾燥後の膜厚で５０μｍ塗布、乾燥して得られる、感光性絶縁性樹脂層１１８を本発明のレーザ照射装置でパターン露光、現像し、選択された位置にバイアホール１２０を形成する。感光性絶縁性樹脂層としては、チバ・ガイギー社から市販されている感光性エポキシ樹脂Ｐｒｏｂｉｍｅｒ５２が用いられた。このエポキシ樹脂をカーテン・コーティングにより基板表面に塗布し、８０℃で１時間プレキユアし、本発明の紫レーザー露光装置で露光し、チバ・ガイギー社の現像剤ＤＹ９０（プロピレンカーボネート、シクロヘキサノンおよびガンマブチルラクトンの混液）で現像した。
【０２１０】
次に、バフ、ベルトサンダー、ジェットスクラブ等から選ばれた例えばベルトサンダーで表面研磨し、引き続き、過マンガン酸カリウム水溶液でエポキシ樹脂層１８の表面をエッチングし、粗面化した。次に、ダイナケム社のシーデイング剤Ａｃｔｉｖａｔｏｒ１８０により活性化した。
【０２１１】
次に、第３２図において、バイアホールを形成した絶縁層１１８の全面に無電解メッキ（例えば、エチレンジアミン４酢酸：３０ｇ／Ｌ、銅イオン濃度：２−３ｇ／Ｌ、苛性ソーダ濃度：９−１２ｇ／Ｌ、ホルムアルデヒド：３−６ｇ／Ｌ、ｐＨ：１２−１４）液によって銅を付着し、第２レベルの銅層１２２を形成する。第２レベルの銅層１２２はメッキされたバイアホール１２４によって第１レベルの信号配線導体１１６に接続される。無電解メッキによって付着される銅は第３１図の下側銅層１１４上にも付着し、銅層１１４の厚みを少し増大させる。厚みが増した下側銅層は第３２図に参照番号１１４’で示されている。もし必要なら、無電解メッキの後に、電解メッキを行なって、銅層を厚くしてもよい。
【０２１２】
次に、第３３図において、銅層１２２を選択的エッチングによってパターニングし、信号配線導体１２６を含む第２の配線層または配線レベルを形成する。
第３４図においては、第３１図の工程と同様に、第２レベルの信号配線導体１２６の上に第２の感光性絶縁性樹脂層１２８を塗布し、露光、現像により、選択された位置にバイアホール１３０を形成する。
【０２１３】
第３５図において、電源接続を形成すべき位置に、メカニカル・ドリリングによってスルーホール１３２を形成する。スルーホール１３２は配線基板下面の電源層から配線基板上面の電源導体または電源パツドへ電源接続を与えるためのものである。
【０２１４】
次に、第３６図において、第３２図の工程と同様に、スルーホール１３２を含む全面に無電解メッキによって銅を付着する。銅は第３５図の下側銅層１１４’にも付着し、下側銅層１１４’を厚くする。厚みが増した下側銅層は第３６図において参照番号１１４”で示されている。もし必要なら、無電解メッキ後に電解メッキを行なって付着銅層の厚みを増すことができる。配線基板の上面には、メッキされたバイアホール１３４によって第２レベルの信号配線導体１２６に接続された表面導体層１３６が形成され、スルーホール１３２には、配線基板の上面と下面を接続するスルーホール接続１３８が形成される。
【０２１５】
第３７図において、表面導体層１３６および下側銅層１１４”を選択的にエッチングによってパターニングし、第３の配線レベルの信号配線導体１４０、グランド層１４２、上面の電源導体または電源ランド１４４、および下面の電源層１４６を形成する。表面の信号配線導体１４０はＳＭＴ部品取付けのための端子を与える。下側銅層１１４”のパターニングは、基板の下綿に抵抗、コンデンサなどの部品を取付ける場合、必要に応じて行なわれる。
【０２１６】
最後に、第３８図にいおいて、露出されるべきでない導体部分はポリイミドまたはエポキシ樹脂のようなソルダレジスト層１４８によって被覆される。
上記の例では、絶縁性基板の下面の銅層１１４を電源層として用いたが、銅層１１４をグランド層として用い、配線基板上面の銅層１４２を電源層として用いることもできる。いずれの場合も、電気的特性はほとんど同じである。
【０２１７】
また、四層配線基板を例示したが、同様の工程を繰返すことにより、もつと多数の配線層を有するプリント配線基板を製造することもできる。
【０２１８】
以上の感光性樹脂を使用した、配線パターン形成工程、感光性絶縁性樹脂を使用したビアホール形成工程各パターン形成工程で、露光時に本発明のレーザ露光装置を使用したところ、パターンの位置精度や解像度のすぐれたビルドアップ基板が得られた。また、露光に要する時間も従来のアナログ露光機とフォトマスクの方式と同等以下であり、生産性を維持できることが示された。
【０２１９】
【発明の効果】
本発明によれば、プリント配線板製造用の感光性基板をレーザ光線を用い直接走査露光して、高速且つ高精細なプリント配線板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる第１の実施の形態に係る露光装置の構成を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）はガラス基板上にカラーレジスト膜が形成された露光対象物の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の露光後の状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す露光装置の露光ヘッドの構成を拡大して示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は本発明で用いる第１の実施の形態に係る露光装置のレーザ光源の構成を示す平面図であり、（Ｂ）はアレイ状に配置したファイバの端面を示す平面図である。
【図５】図４に示すレーザ光源の狭域帯バンドパスフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図６】光変調アレイ素子として使用されるグレーティングライトバルブ素子（ＧＬＶ素子）の概略構成を示す斜視図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＧＬＶ素子の動作原理の説明図である。
【図８】本発明で用いる第２の実施の形態に係る露光装置の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明で用いる第３の実施の形態に係る露光装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】光源における半導体レーザチップの斜視図である。
【図１１】（Ａ）は光源における半導体レーザチップの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【図１２】本発明で用いる第３の実施の形態で使用する光源を示す斜視図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明で用いる第４の実施の形態で使用する他の光源の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明で用いる露光装置のレーザ光源として使用可能なブロードエリアの発光領域を有するＧａＮ系半導体レーザの積層構造の一例を示す概略断面図である。
【図１５】本発明で用いる露光装置のレーザ光源として使用可能な半導体レーザ励起固体レーザの構成を示す概略断面図である。
【図１６】本発明で用いる露光装置のレーザ光源として使用可能なＦＨＧ（第４高調波発生）ファイバレーザの構成を示す概略断面図である。
【図１７】本発明で用いる露光装置のレーザ光源として使用可能なＳＨＧ（第２高調波発生）ファイバレーザの構成を示す概略断面図である。
【図１８】第１の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッドの変形例を示す斜視図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）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である。
【図２０】ＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図２１】干渉型の空間変調素子の例を示す平面図である。
【図２２】図２１のＡ−Ａ断面図である。
【図２３】図２１の干渉型の空間変調素子の動作状態を示す説明図である。
【図２４】全反射型の空間変調素子の例を示す概略断面図である。
【図２５】図２４の全反射型の空間変調素子の動作状態を示す説明図である。
【図２６】参考例に係る露光装置の構成を示す斜視図である。
【図２７】参考例に係る露光装置の露光ヘッドの変形例を示す斜視図である。
【図２８】プリント配線板を製造するためのビルドアップ工法を説明する図である。
【図２９】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３０】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３１】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３２】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３３】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３４】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３５】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３６】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３７】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【図３８】本発明に従う多層プリント配線板の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 露光対象物
１２ フラットステージ
１４ 露光ヘッド
１６、２４、５０ ナット
１８、２６、５２ 雌ねじ部
２０、２８、５４ リードスクリュー
２２、３０、５６ 駆動モータ
３２ モータコントローラ
３４ 温度センサ
３６ 温度検出回路
３８ 画像データ
４０ レーザ光
４２ レーザ光源
４４ レンズ
４６ 光変調アレイ素子
４８ ズームレンズ
１１０ 絶縁性基板
１１２、１１４ 銅層
１１８、１１８’、１２８、１２８’ 感光性絶縁性樹脂層
１２０、１２０’、１３０、１３０’ バイアホール
１３２ スルーホール、
１４２ グランド層
１４４ 電源ランド
１４６ 電源層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a printed wiring board, and more particularly to a method for manufacturing a printed wiring board from a photosensitive substrate using a photosensitive resin having sensitivity in a photosensitive wavelength region including an ultraviolet region of 350 nm to 420 nm.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an ever-increasing demand for electronic devices that are light, thin, small, and highly functional, and it goes without saying that semiconductors and printed wiring boards are key devices.
[0003]
As is well known, semiconductors have increased in chip size and the number of terminals in order to increase the degree of integration and increase the functionality, and therefore, the pitch of terminals has been further reduced. Therefore, development of a new package form such as BGA and CSP and flip chip mounting technology for directly mounting a semiconductor on a substrate is also being studied in various fields. In recent years, a substrate with a built-in passive element has been studied for further miniaturization (Non-patent Document 1).
[0004]
In recent years, in addition to conventional manufacturing methods for single-sided substrates, double-sided substrates, multilayer substrates, flexible substrates, etc., build-up methods (Non-Patent
[0005]
A printed wiring board is usually a step of exposing a predetermined wiring pattern to a photosensitive resin layer of a photosensitive substrate having a metal layer and a photosensitive resin layer in this order on the surface, either an exposed area or an unexposed area. This process includes the step of removing the metal layer by developing to expose the surface of the metal layer, the step of removing the exposed portion of the metal surface by etching, and the step of dissolving or removing the resin layer remaining on the surface of the metal layer. It is manufactured by carrying out in order.
[0006]
In the manufacturing method described above, the step of exposing a predetermined wiring pattern to the photosensitive resin layer of the photosensitive substrate is a step that is a major factor in determining the fineness of the printed wiring board to be obtained. Conventionally, the exposure for forming a wiring pattern is generally a method of combining a whole surface irradiation type mercury lamp and a photomask, but this method has a limit in forming a fine wiring pattern.
[0007]
That is, in recent years, a laser scanning exposure apparatus has been put into practical use as an exposure apparatus for manufacturing a printed wiring board. It is said that the problems in the mask exposure described above can be solved by using laser scanning exposure.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
27th PWB New Technology Symposium 2002P76-87, ISS Industrial Science Systems
[Non-Patent Document 2]
Y. Orii et. al. IMC Proceedings, Omiya, p209-213, 1996.
[Non-Patent Document 3]
Yutaka Tsukada, Journal of Circuit Packaging Society, 11 , 306, 1996
[Non-Patent Document 4]
Yoshinori Takasaki, Journal of Circuit Packaging Society, 11 472, 1996)
[Non-Patent Document 5]
Hironori Ota et al., NEC Technical Journal, 49 (10) p40-43, 1996
[Non-Patent Document 6]
Satoshi Takahashi, Electronic Material No. 10, p78-80, 1996
[Non-Patent Document 7]
Electronic material No10, p52-58, 1995
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, an exposure method used when performing an exposure process for forming a predetermined wiring pattern on a photosensitive resin layer of a photosensitive substrate is a batch of mercury lamps using a film mask. The exposure method is mainstream. With regard to the exposure for manufacturing this printed wiring board, the pattern definition has been increased along with the increase in the density of the component mounting of the exposure apparatus, but since the film mask is used, the temperature and humidity of the film can be changed. There is a problem that it is difficult to achieve higher definition than the current level due to expansion and contraction due to the temperature on the substrate side. If a glass mask is used instead of the film mask, the problem of expansion and contraction of the film is solved, but the glass mask is expensive and difficult to handle.
[0010]
Also, in the printed wiring board manufacturing process, high-mix low-volume production and immediate production (so-called on-demand production) are the current trend, but the batch exposure method is not suitable for on-demand production because it takes time to prepare for mask exposure. There's a problem. Further, the batch exposure method also has a problem that the yield decreases due to dust and mask defects. In addition, in mask exposure, there is a problem that an ultra-high pressure mercury lamp, a mask cost, etc. are required and the running cost becomes high. Furthermore, as signal frequency increases, pattern reproducibility in printed wiring boards tends to be strongly demanded, so performance cannot be guaranteed unless the performance of the prototyped board on the actual mass production line is verified. There is an increasing demand for a maskless exposure apparatus capable of flexible production even in a mass production line.
[0011]
As described above, in recent years, a laser scanning exposure apparatus has already been put into practical use as an exposure apparatus for manufacturing a printed wiring board. By using laser scanning exposure, the above-described problems in mask exposure can be solved. However, at present, laser scanning exposure apparatuses are not widely used. The reason why it is not widespread is that the laser scanning exposure apparatus developed so far uses an argon gas laser of several watts class as a light source. (1) To obtain an exposure speed (productivity) similar to that of a mask exposure apparatus. (2) Gas lasers themselves are expensive, equipment costs are high, and maintenance costs are expensive. (3) Conventional exposure materials are produced due to low light source power. (4) Some models have a light source wavelength of 488 nm and 532 nm in the visible wavelength region, which requires dark room work. (5) High sensitivity and special sensitivity in the visible wavelength region. This is probably because the material to be exposed has a problem that the cost is high and the stability is insufficient.
[0012]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. In particular, an object of the present invention is to provide a technique capable of obtaining a high-speed and high-definition printed wiring board by directly scanning and exposing a photosensitive substrate for producing a printed wiring board using a laser beam.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a step of exposing a predetermined wiring pattern to the photosensitive resin layer of a photosensitive substrate having a metal layer and a photosensitive resin layer on the surface in this order, developing either an exposed area or an unexposed area. A step of removing the surface of the metal layer by removing the surface, a step of removing the exposed portion of the metal surface by etching, and a step of dissolving or detaching the resin layer remaining on the surface of the metal layer are performed in this order. In the method for manufacturing a printed wiring board, the exposure operation includes a high-power laser light source that emits a light beam in a photosensitive wavelength region of the photosensitive resin including an ultraviolet region, and the photosensitive resin layer includes the photosensitive resin layer, An exposure unit that scans in a predetermined scanning direction with a light beam emitted from a high-power laser light source and modulated in accordance with image data; and exposing the exposure unit to the photosensitive resin layer And a moving means for relatively moving in a direction crossing the predetermined scanning direction, wherein the high-power laser light source uses a gallium nitride semiconductor laser or a gallium nitride semiconductor laser to excite a solid-state laser crystal. The laser beam obtained by pumping a fiber with a semiconductor laser pumped solid-state laser that converts the wavelength of the laser beam obtained by the light wavelength conversion element and emits it, and the semiconductor laser that emits light in the infrared region is used as the light wavelength conversion element. A fiber laser or fiber amplifier that converts the wavelength by using a laser, and a fiber laser that outputs the laser beam obtained by exciting the fiber with a gallium nitride semiconductor laser and converting the wavelength with an optical wavelength conversion element. A manufacturing method is characterized by performing using an exposure apparatus.
[0014]
The present invention also includes a step of exposing a predetermined wiring pattern to the photosensitive resin layer of the photosensitive substrate having a metal layer and a photosensitive resin layer in this order on the surface, either an exposed area or an unexposed area. The step of removing by development processing to expose the surface of the metal layer, the step of removing exposed portions of the metal surface by etching processing, and the step of dissolving or detaching the resin layer remaining on the surface of the metal layer are performed in this order. In the method of manufacturing a printed wiring board, the exposure operation includes a high-power laser light source that emits a light beam by pulse driving in the photosensitive wavelength region of the photosensitive resin including ultraviolet, and the photosensitive resin layer Exposure means for scanning in a predetermined scanning direction with a light beam emitted from the high-power laser light source and modulated in accordance with image data, and the exposure means An exposure apparatus including a moving unit that moves relative to the optical resin layer in a direction that intersects the predetermined scanning direction, wherein the high-power laser light source is solid using a gallium nitride semiconductor laser or a gallium nitride semiconductor laser. A laser beam obtained by exciting a fiber with a semiconductor laser pumped solid-state laser that emits a laser beam obtained by exciting a laser crystal by converting the wavelength with an optical wavelength conversion element, and a semiconductor laser that emits light in the infrared region. Of a fiber laser or a fiber amplifier that emits light after wavelength conversion by an optical wavelength conversion element, and a fiber laser that emits a laser beam obtained by exciting a fiber with a gallium nitride based semiconductor laser using a light wavelength conversion element. There is also a manufacturing method characterized in that it is performed using an exposure apparatus constituted by any one of the above.
[0015]
Preferred embodiments of the invention will now be described.
(1) The photosensitive substrate is a single-sided substrate, a multilayer substrate, a flexible substrate, a build-up substrate, or an ALIVH substrate.
(2) The photosensitive resin layer is formed by attaching a photosensitive resin film to the substrate or applying and drying a photosensitive resin solution.
[0016]
(3) An exposure apparatus is provided with a plurality of exposure means, and each of the plurality of exposure means is movable independently or integrally with the photosensitive material.
(4) The exposure means of the exposure apparatus includes a spatial modulation element that is driven by an electromechanical operation using electrostatic force to modulate a light beam.
(5) The spatial modulation element provided in the exposure means of the exposure apparatus is composed of a digital micromirror device in which a plurality of movable micromirrors are arranged.
(6) The spatial modulation element provided in the exposure means of the exposure apparatus is composed of a reflective diffraction grating type grating light valve element.
[0017]
(7) The spatial modulation element provided in the exposure means of the exposure apparatus includes a minute fixed element having a first reflecting surface and a minute movable element having a second reflecting surface on a substrate surface. A large number of elements are alternately arranged along a predetermined direction, and when an electrostatic force is applied, the minute movable element moves to change the distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface, thereby reflecting the incident light. It consists of a diffraction grating type grating light valve element.
(8) A light modulation array element in which the spatial modulation element provided in the exposure means of the exposure apparatus has a plurality of grating light valve elements arranged in one or a plurality of rows in a direction substantially perpendicular to the predetermined scanning direction It is configured as.
(9) The grating plate longitudinal direction of the grating light valve element of the spatial modulation element coincides with the arrangement direction of the light modulation element array.
(10) The spatial modulation element provided in the exposure means of the exposure apparatus is arranged in a direction rotated by a predetermined angle with respect to the optical axis with the normal line of the element surface as the axis.
[0018]
(11) The photosensitive substrate is held on a vertical flat plate stage.
(12) A high-power laser light source provided in the exposure means of the exposure apparatus, a first laser light source in which a gallium nitride semiconductor laser is coupled to a fiber, and a plurality of gallium nitride semiconductor lasers are coupled to a fiber by a multiplexing optical system A linear laser light source in which at least one of the second laser light source, the fiber of the first laser light source, and the fiber of the second laser light source is arranged in an array so that a linear laser beam is emitted, and At least one of the fiber of the first laser light source and the fiber of the second laser light source is constituted by any of a planar laser light source arranged in a bundle shape so that a spot-like laser beam is emitted.
(13) A high-power laser light source provided in the exposure unit of the exposure apparatus is combined with a plurality of laser light sources that emit light beams in a predetermined wavelength region including ultraviolet, and laser light emitted from the plurality of laser light sources. The method for manufacturing a printed wiring board according to any one of claims 1 to 14, comprising a multiplexing optical system.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the manufacturing method of the printed wiring board of this invention is demonstrated.
[0020]
In a conventional method for producing a multilayer printed circuit board, a method is employed in which, after forming a circuit of each layer, it is overlapped and pressure-bonded in a lump. On the other hand, the build-up method is a method in which an insulating layer and a wiring layer are sequentially stacked on a base material. There are various variations of the methods for forming each insulating layer and wiring conductor layer. A typical process of the build-up method is shown in FIG.
[0021]
As the base substrate of FIG. 28, a conventional glass epoxy single-sided plate or double-sided plate is often used, but a substrate in which an aramid fiber is impregnated with a resin or a polyimide substrate may be used. The insulating layer laminated on the base substrate is formed by applying a resin solution with a coder or a printing machine, or pasting a resin previously formed into a sheet shape. Although the method using a sheet requires a sheet molding cost as compared with the solution coating, the film thickness can be made constant in the substrate, and the manufacturing process is advantageous in that it is a dry process. In general, the following method is used for forming a via hole (drilling) in an insulating layer.
[0022]
(1) A method of opening a photo process using a photosensitive resin in an insulating layer,
(2) Method of melting and opening with a laser using non-photosensitive resin
(3) Method of scraping with sandblast
[0023]
The circuit of each layer is formed by the following method.
(1) Subtractive method
(2) Full additive method
(3) Semi-additive method
(4) Printing method
[0024]
The subtractive method (1) is a method of forming a copper foil by etching in the same manner as a conventional printed wiring board. The full additive method (2) is a plating method in which all circuit wiring is formed by plating. As shown in the example of FIG. 28, the semi-additive method (3) is a method that combines electroless plating, electrolytic plating, and etching into a form that is easier to put into practical use in terms of performance and cost. Even in the case of the subtractive method, it is necessary to form a copper film on the inner wall of the via hole by electroless plating.
[0025]
Using the build-up method has the following advantages. First, (1) the inner via hole can be easily formed as compared with the conventional method in which the copper-clad substrates on which the wiring is formed are collectively bonded and laminated. As a result, the mounting density can be increased, and the size and noise resistance of the substrate can be improved. In addition, (2) since the conventional glass epoxy board and paper phenol board were drilled via holes with a drill, when the hole diameter was made 300 μm or less, the yield was lowered and it was difficult to reduce the diameter. In the case of pilling up, since the various drilling methods as described above can be applied, a via diameter of 100 μm is possible. In addition, (3) the circuit wiring width can also be formed into a pattern with a line / space of 50/50 μm or less by using a semi-additive method or a full additive method. Further, regarding (4) thinning of the substrate, when the insulating layer is formed by solution coating or film lamination, it is easy to reduce the thickness to 0.1 mm / layer or less. In addition, (5) since the alignment accuracy between the layers is improved as compared with the conventional lamination method, there is an advantage that the diameter of the via land can be reduced. In addition, (6) since the insulating layer does not include a glass cloth, the dielectric constant of the substrate can be reduced, and there are advantages such as being advantageous for high frequency applications. In this way, the build-up method can be said to be a very suitable method for high-density mounting.
[0026]
The subtractive method is a method that has been widely used as a method for forming a circuit of a printed wiring board, and is still the most frequently used method. Hereinafter, a circuit forming process according to this method will be described. First, a metal film such as copper is uniformly formed on the entire surface of the insulating layer. In many cases, the metal foil is laminated as in the conventional copper-clad substrate. Next, a photoresist film is formed on the metal film, pattern exposure and development are performed by photolithography, and other portions are developed while leaving only the wiring portions. The metal film is etched using this resist pattern as a mask, and finally the resist film is removed to form a circuit pattern.
[0027]
The difficulty of the above subtractive method is that the wiring cross section becomes trapezoidal because wet etching is used. For this reason, the yield decreases when a high-definition pattern of 100 μm or less is obtained. Further, since the cross section is trapezoidal, there is a risk that a short circuit will occur between adjacent pads during solder reflow in the mounting pad portion or the like. On the other hand, the advantage of this method is that, as described above, since an insulating film laminated with a metal foil in advance can be used, the adhesive strength is stronger than when the metal film is applied by plating.
[0028]
The full additive method is a method of forming circuit wiring by plating. In this method, a photosensitive dry film resist is pasted on an insulating substrate in advance, and optical patterning is performed so that the dry film resist remains only in a portion having no wiring pattern after development. Subsequently, a metal is formed only in a portion where there is no dry film resist by electroless plating.
[0029]
The full additive method has an advantage that the accuracy of the wiring pattern is determined by the patterning accuracy of the dry film resist, so that the accuracy can be made extremely high. Further, unlike the subtractive method, the cross-sectional shape of the wiring is not trapezoidal. Further, since the inner wall of the inner via can be plated at the same time as the circuit formation, there is an advantage that the number of processes can be greatly reduced. On the other hand, the following points are mentioned as problems of this method. First, since the electroless plating film on the insulating layer has a low adhesive strength, a treatment for increasing the beer strength is necessary. At present, a method of mechanically polishing the insulating layer or chemical roughening with an oxidizing agent solution or the like is employed. In addition, treatments such as adding an inorganic filler or an organic filler (resin powder) in the insulating layer to improve the adhesion to the metal film are also performed.
[0030]
The semi-additive method (Electronics and Polymers (4th revised edition), Chemical Technology Strategy Promotion Organization, p48-50 (2001)) is the method that is currently attracting the most attention as a circuit formation technology for the build-up method. Examples are starting to appear. Hereafter, the formation process of this method is shown.
First, a uniformly thin metal film is formed on the entire surface of the insulating layer by electroless plating. A resist film is formed thereon, and optical patterning is performed so that the resist remains only in a portion having no circuit pattern. Subsequently, a thick film is formed by electroplating on the portion without resist using the electroless plating layer as an electrode. Finally, the resist is removed and the electroless plating film is soft etched to complete the circuit formation. Similar to the full additive method, this method has an advantage that a high-definition pattern with a line / space of 50/50 μm or less can be formed and the metal film can be made thicker than the full additive method. Recent advances in pulse plating (functional plating for electronics, P102-107, published by CMC, and surface technology, 49 (12) 90-93 (1998)), the unevenness of the copper thickness at the time of pattern plating is also suppressed, and a pattern of 25 μm / 25 μm seems to be obtained (27th PWB New Technology Symposium 2002, P2-15, ISS). Industrial Science Systems).
[0031]
Although high definition cannot be expected, there is a printing method as a low-cost circuit forming method. In this method, a thick film conductive paste is screen-printed on a substrate to form a circuit.
The thick film conductive paste is prepared by forming conductive fine particles in a paste form suitable for printing and coating, and the composition is composed of conductive fine particles, a resin as a binder, and a solvent. The conductive paste includes a fired mold and a cured mold. In the case of a printed wiring board, a cured mold is used because the substrate itself has low heat resistance. As a specific process, the conductive paste is screen-printed on the substrate, and then heated and cured in an oven at 150 to 200 ° C. for about 15 minutes. Therefore, it can be said to be a low-cost wiring technology. However, in terms of resolution, it is the lowest of the above methods, and the line width of 60 to 100 μm is considered the limit. Also, the resistance value of the wiring is higher than that in the case of metal foil, plating, and metal deposition.
[0032]
On the other hand, in the printed wiring formation of the ceramic substrate, the printing formation using the conductive paste is the most common. In the case of a ceramic substrate, since the substrate also needs to be fired, a high-temperature fired conductive paste can be used. The high-temperature firing type paste is composed of conductive fine particles, a resin, and a solvent as in the low-temperature curing type, but since it is fired at a high temperature (800 to 1600 ° C.), the organic binder component of the resin and solvent disappears as a gas, Only metal particles melt to form a continuum. Therefore, the wiring resistance value after firing can be lowered to the same level as that of the metal foil by strict condition management.
[0033]
[Via hole formation method]
(1) Photolithographic method
The photolithography method is a method of forming a via hole by using a photosensitive resin (resist) for an insulating layer, exposing through a mask corresponding to a via hole pattern, and developing. Compared to the drilling and laser drilling methods, vias can be formed all at once regardless of the number of via holes, so there is a cost merit when considering mass production. This method is often used in the build-up method as a method capable of forming the finest via.
[0034]
Depending on whether the resist is positive (type in which the photosensitive part is solubilized) or negative (type in which the photosensitive part is insoluble), it is necessary to invert the positive and negative of the mask. In general, when a negative resist is used, the cross-sectional shape of the via tends to be widened, and when a positive resist is used, the top surface tends to be widened. The smallest possible via hole diameter is determined by the resist characteristics, but a diameter of 100 μm or less has been put into practical use.
[0035]
(2) Laser drilling method
The laser drilling method is a method of forming a via hole by irradiating an insulating layer with laser light and burning it off. This method has an advantage that the degree of freedom of selection of the material is higher than that of the photolithography method and can be easily processed even if the insulating layer is thick. The photolithography method has many parameters for setting optimum conditions such as film thickness, exposure amount, and development time, whereas the laser drilling method has the advantage that only the laser output needs to be used as a parameter. It is one of. The thickness of the hole in the insulating layer can be set by installing a metal part at the bottom of the process. The laser drilling method can form a via for any resin film, but it is difficult to use for forming vias of insulating materials including inorganic compositions such as glass epoxy laminates and ceramic materials.
[0036]
For laser light source, short pulse CO 2 Lasers and excimer lasers are used, but excimer lasers are expensive, so CO 2 Lasers are often used. The irradiation direction of the laser beam is scanned with a galvanometer mirror, and the top surface of the sample is focused by an fθ lens placed between the sample and the sample. Since the galvano mirror is used for optical scanning, a processing speed about 10 times that of drilling can be realized (100 holes / second). As for via accuracy, a via hole having a diameter of 100 to 150 μm can be realized.
[0037]
(3) Sandblasting method
The sand blasting method is a method in which a portion other than the via hole is covered with a resist, and then the insulating film is dry-etched by sand blasting. The advantage of this method is that the composition of the insulating film is not limited as in the laser drilling method. The insulating layer itself has many characteristics that must be retained, such as (1) heat resistance, (2) beer strength, (3) insulation resistance, (4) low dielectric constant, and (5) chemical resistance. However, in order to provide photosensitivity, the composition is remarkably limited, so the above characteristics must be sacrificed to some extent. Conversely, as a result of considering the above characteristics, the photosensitive characteristics may be sacrificed. On the other hand, in the sandblast method, it is not necessary to give the insulating layer material photosensitivity, so that the characteristics (1) to (5) can be improved. Furthermore, since the resolution is determined by the resolution of the resist film placed on the insulating film, there is a possibility that a higher value than that of the photolithography method can be expected. Although the material of the abrasive | polishing agent used with a sandblasting machine changes with compositions of an insulating film, that whose particle size of abrasive | polishing agent is 10-30 micrometers normally is used.
[0038]
[Photoresist]
As photoresists for circuit formation, liquid resists, dry film resists, electrodeposition resists, sandblast resists and the like are known. A photosensitive material is used as a method for forming the interlayer insulating film.
[0039]
[Liquid resist]
The photolithography method can form a high-definition pattern all over the film. Moreover, over 30 years have passed since the photolithography technology itself began to be used in the world, and various improvements have been made during that time. Therefore, it is in the category of completed technology, and high product yield is realized in each application even if the manufacturing process such as coating, drying, exposure, development, and drying is somewhat complicated. The main applications in which liquid resist is actually used in the packaging field are as follows.
[0040]
(1) Interlayer insulation film material for build-up method
(2) Mask material for plating
(3) Mask material for etching
(4) Protective film for preventing solder bridge (solder resist)
(5) Through hole filling ink
[0041]
In the application (1), the photolithography method is used from an early stage. Among them, the liquid resist is most widely used at present because it is superior to the dry film resist in terms of cost. Regarding the circuit formation masks of (2) and (3), although dry film resists have been developed in parallel, they are currently liquid in terms of low cost, high resolution, and versatility. Resists are widely used. With regard to the solder resist of (4), for the purpose of preventing solder bridging during mounting, the purpose of ensuring insulation between electrodes, and the purpose of preventing the substrate surface during soldering from being contaminated with flux or the like. It is used. The through-hole filling ink (5) must be filled with a through-hole when a liquid resist is used as a mask. For each application, the liquid resist is applied onto the substrate using a coating apparatus such as a roll coater, a slit die coater, a dip coater, a spin coater, and screen printing.
[0042]
[Dry film resist]
The dry film resist is a photosensitive film having a three-layer structure sandwiched between a polyester film substrate and a polyethylene protective film. At the time of use, the lower protective film is peeled off and used after being crimped onto the substrate. The purpose is largely the same as a liquid photosensitive resist, but in the case of a dry film resist, it has already been formed into a film, so it can be heated and pressed at 100 to 140 ° C. The necessary part can be covered.
[0043]
As with normal photosensitizers, dry film resists include negative and positive types. In the negative type, the unexposed portion is dissolved and removed in the developer during development. In addition, the positive type needs to be appropriately selected and used according to the purpose because the exposed portion is dissolved and removed in the developer during development. There are mainly the following three applications for the dry film resist.
[0044]
(1) Mask resist for circuit formation
(2) Solder mask resist
(3) Insulating film for build-up method
[0045]
The usage of (1) includes a usage as a plating mask for pattern plating of a circuit and a usage as an etching mask for forming a circuit by etching a metal foil such as a copper foil. In the former, a dry film resist is usually pressure-bonded onto a thin metal film uniformly formed on the insulating film by vapor deposition or the like. The portion of the dry film resist where the circuit is to be formed is removed by exposure and development. Next, a circuit is formed by electroless plating or electrolytic plating using this as a plating mask. Finally, the dry film resist is removed to complete the circuit. In the latter usage, a dry film resist is pressure-bonded onto a copper-clad substrate or the like, and subsequently exposed and developed, and the dry film resist at a portion where the copper foil is to be removed by etching is removed. Next, using this as an etching mask, the copper foil is etched to form a circuit. Finally, the dry film resist is removed to complete the circuit.
[0046]
The method (2) is used for the purpose of preventing the solder solution from spreading more than necessary around the outermost layer of a printed wiring board or IC package. Examples of solder resists include British Patent Application GB-2032939A, a solid or semi-solid reaction product of a polyepoxide and an ethylenically unsaturated carboxylic acid, an inert inorganic filler, a photopolymerization initiator, A photopolymerizable coating composition containing a volatile organic solvent is disclosed, and JP-A-58-62636 discloses a photosensitive epoxy resin mixed with a curing agent so as to be suitable for a curtain coating method. A coating composition having a viscosity of 200 to 700 mPas with a finely divided filler dispersed in a solution is disclosed. Japanese Patent Publication No. 1-54390 and Japanese Patent Publication No. 7-67008 disclose compounds obtained by reacting a reaction product of a novolak type epoxy resin and an unsaturated carboxylic acid with a saturated or unsaturated polybasic acid anhydride. Is a liquid resist ink composition that is excellent in photocurability, thermosetting and heat resistance, solvent resistance, and acid resistance.
[0047]
Finally, the usage of (3) is the most newly developed usage. In the build-up method, which is attracting attention as a manufacturing method for chip size packages (CSP) and multi-chip modules (MCM), a copper-clad laminate is used as a base, and an insulating film and circuit wiring are sequentially stacked on top of each other. Go. When via holes are formed by photolithography, a photosensitive resin is used for the insulating film, but in the early build-up method, liquid photoresist is used as a material for the insulating film, as represented by the IBM SLC method. It was. On the other hand, recently, instead of a liquid resist, for example, a photosensitive material which is a multi-layered transfer material disclosed in JP-A-9-244239, JP-A-11-74642, and JP-A-11-74643. Insulating resins have been proposed. The advantages of using a dry film resist are shown below in comparison with a liquid resist.
[0048]
(1) The coating process can be simplified
(2) No surface irregularities due to the influence of lower layer wiring
(3) The film thickness can be formed uniformly.
[0049]
First, (1) will be described. The resist film thickness in the case of using as a mask or interlayer insulating film when the circuit is plated by the additive method needs to be 25 to 50 μm. On the other hand, when a liquid resist is applied by a spin coater or the like, the film thickness that can be formed by one application is at most 5 to 10 μm. Therefore, it is necessary to form a film by repeating the coating → drying process several times. For example, even if it is possible to apply a thick film in a single process, including a wet process that involves application and drying in the build-up process is a major factor in reducing the yield of the final product. On the other hand, the dry film resist only needs to be positioned and thermocompression bonded, and therefore does not include a factor of yield reduction as compared with the liquid resist.
[0050]
Next, (2) will be described. When the insulating layer is formed of a liquid resist, even if the liquid has a good leveling property, the surface thereof is not flat and there are irregularities due to the influence of the lower layer wiring. Since this unevenness reduces the accuracy of conductor wiring formation, a flattening technique such as polishing is indispensable. On the other hand, in the case of the sheet laminating method, the surface after pressure bonding can be made flatter than in the case of liquid application, so there is no need to provide a polishing step. Therefore, the number of processes can be greatly reduced. Another feature is that a film can be stretched like a tent on a space such as a through hole.
[0051]
With regard to (3), in the case of a liquid resist, it cannot be applied with a completely uniform film thickness within the substrate surface regardless of the application method such as a spin coater or a slit die coater. The film thickness unevenness always occurs in the 2-3 cm width portion around the substrate. Also, unevenness is likely to occur at the center of the substrate. On the other hand, in the sheet lamination method, since the films formed uniformly in advance are bonded together, the above-described non-uniform film thickness does not occur.
[0052]
Thus, the advantages of the dry film resist over the liquid resist are 1) that the tent method can be used when forming the through-hole substrate, and 2) that the thickness is secured in the pattern plating method that is used when manufacturing the substrate of a high-definition pattern. It is a point which can form a plating pattern. Since dry film resists are used for various applications as described above, the following characteristics are mainly required, although the degree of importance differs somewhat depending on the usage.
[0053]
(1) High sensitivity and high resolution
(2) Heat resistance and chemical resistance
(3) Adhesive strength
(4) Film strength, suitability for through holes
(5) Electrical insulation and moisture resistance
[0054]
Japanese Patent Publication No. 02-42213, Japanese Patent Publication No. 03-8536, Japanese Patent Publication No. 5-2229, and Japanese Patent Publication No. 7-7208 are also available for issues such as sensitivity, adhesion to a substrate, peeled piece size, and resolution. Improvement is progressing, as described in Japanese Patent Publication No. Hoku 20-20733, Japanese Patent No. 2533369, and the like.
[0055]
At present, the resolution of dry film resists of 50-100 μm is most often used. While the resolution of liquid resists is usually 10 μm or higher, it is slightly lower, but recently there has been a demand for higher resolution, and at the latest, products with a line / space of the order of 10 μm have begun to appear. Further, in order to realize a thinner resist layer on a substrate having irregularities by a transfer method, a dry film resist having a multilayer structure as shown in JP-A-5-80503 has been proposed.
[0056]
[Electrodeposition resist]
As a method for forming a resist film, a resist that can be formed by an electrodeposition method instead of printing or roll coating has been commercialized. When a resist film is formed on a substrate on which a metal foil is formed, the electrodeposition method has a uniform film thickness even when the surface has any uneven shape, as compared with printing or roll coating. Can be formed. Therefore, there is an advantage that it can be uniformly formed inside the via hole.
[0057]
[Sandblast resist]
The sand blasting method is a processing method in which a fine powder of an abrasive blown from a nozzle is vigorously sprayed onto a sample installed in a chamber. In order to perform patterning by the sandblast method, it is necessary to form a resist film on the sample in advance and pattern it with light so as to cover the portion other than the portion to be scraped off. When the sample is placed in the chamber and subjected to sandblasting in this state, the portion of the sample not covered with the resist film is scraped off and patterned.
[0058]
[Copper substrate surface treatment method]
In the production of printed wiring boards, when the copper surface is coated with a resin such as an etching resist or a solder resist, the copper surface is roughened in order to improve adhesion. This roughening method includes mechanical polishing such as buff polishing and scrub polishing, and chemical polishing called micro-etching. Since the surface caused by the buffing of the surface can be eliminated by scrub polishing and a uniform rough surface can be formed, the smoothness of the plating layer is improved. Chemical polishing is used for processing a substrate having a fine line pattern.
[0059]
Conventionally, a persulfate etching solution has been used for chemical polishing, but this etching solution has a problem that the etching speed is slow and the surface after polishing is easily oxidized. In view of this, a sulfuric acid / hydrogen peroxide-based etching solution that can solve these problems although being expensive has come to be used. In the build-up method, the interlayer connection is made fine by photolithography or laser ablation method using a photosensitive insulating resin film or a thermosetting insulating resin film instead of the conventional through hole by drilling. A via hole is formed.
[0060]
Also in these methods, the surface of the copper circuit is subjected to blackening treatment with, for example, an aqueous alkaline potassium persulfate solution in order to improve adhesion with the underlying copper wiring. Further, a resinous insulating layer is formed thereon, a via hole is formed, and then a chemical roughening treatment is performed. The chemical roughening treatment at this time is performed to strengthen the adhesion between the resin layer, the electroless plated copper, and the electrolytic plated copper formed on the resin layer, which forms fine irregularities on the resin surface. Thus, it is said that the adhesion is improved by the so-called anchor effect. In the chemical surface roughening treatment method, an alkaline potassium permanganate aqueous solution, a potassium chromate aqueous solution, or the like conventionally used in a desmear treatment agent for a wiring board is used. (Japanese Patent Laid-Open No. 11-354928)
[0061]
Next, an exposure apparatus used for manufacturing the printed wiring board of the present invention will be described.
An exposure apparatus used for manufacturing a printed wiring board according to the present invention includes an exposure unit including a high-power laser light source that emits a light beam in a predetermined wavelength region including ultraviolet, and the high-power laser light source includes the nitridation described above. Semiconductor laser pumped solid-state laser that emits light by converting the wavelength of a laser beam obtained by exciting a solid-state laser crystal with a gallium-based semiconductor laser or a gallium nitride-based semiconductor laser, and a semiconductor that emits light in the infrared region A laser beam or fiber amplifier that emits a laser beam obtained by exciting a fiber with a laser and wavelength-converted by an optical wavelength conversion element, and a laser beam obtained by exciting a fiber with a gallium nitride semiconductor laser. One of the fiber lasers that emits light after wavelength conversion by a conversion element is provided.
[0062]
These laser light sources are unprecedented high power laser light sources of several tens of watts, and can be continuously driven or pulsed. Conventionally, a laser light source that emits a light beam in a predetermined wavelength region including ultraviolet is difficult to achieve high output at low cost, and a laser light source has not been used as an exposure light source for exposing a photoresist for manufacturing a liquid crystal color filter. It was. However, by using the above-described high-power laser light source, an inexpensive, high-speed and high-definition exposure apparatus can be provided.
[0063]
As described above, a photosensitive material having sensitivity in the predetermined wavelength region is emitted from the high-power laser light source by the exposure means including a high-power laser light source that emits a light beam in a predetermined wavelength region including ultraviolet. The modulated light beam is scanned and exposed in a predetermined scanning direction, and the exposure means is moved relative to the photosensitive material in a direction crossing the predetermined scanning direction by the moving means. Can be directly scanned and exposed based on digital data. This eliminates the need for a mask, and provides a high-speed and high-definition exposure apparatus that is inexpensive, has high productivity, and does not use a special and expensive exposure material such as a high-sensitivity material.
[0064]
In the above exposure apparatus, exposure with a pulse-driven light beam in a predetermined wavelength region including ultraviolet emitted from a high-power laser light source prevents heat from being diffused by the irradiated light, and enables higher speed and higher definition. Exposure is possible. Therefore, the pulse width of the pulse-driven laser light should be short, preferably 1 p second to 100 n seconds, more preferably 1 p second to 300 p seconds. The laser light source described above can not only achieve higher output than before, but also can oscillate a short pulse on the order of picoseconds, enabling high-speed and high-definition exposure. The predetermined wavelength region including ultraviolet is preferably 350 nm to 420 nm, and the wavelength of 405 nm that can be expected to achieve the highest output is more preferable in terms of using a low-cost gallium nitride semiconductor laser.
[0065]
In the above exposure apparatus, a plurality of exposure means may be provided, and each of the plurality of exposure means may be movable independently or integrally with the photosensitive material. By performing exposure with a plurality of exposure means, exposure at higher speed becomes possible.
[0066]
The exposure unit preferably includes a spatial modulation element that is driven by an electromechanical operation using electrostatic force to modulate the light beam. For example, a spatial modulation element, a digital micromirror device (DMD, manufactured by Texas Instruments) in which a plurality of movable micromirrors are arranged, a reflection grating type grating light valve element (GLV element, silicon)・ Made by Light Machine Co.) Details of the GLV element are described in US Pat. No. 5,311,360. The reflective diffraction grating type spatial modulation element is higher in a predetermined wavelength region including ultraviolet light than conventional transmission type spatial modulation elements such as an optical element (PLZT element) for modulating transmitted light and a liquid crystal light shutter (FLC). Even when an unprecedented high power laser light source of several tens of watts is used by continuously driving or pulse driving, it can be used stably. For this reason, the reliability of the exposure apparatus is improved even when exposure is performed using a high-power laser light source. Note that the reliability of the exposure apparatus is further improved by using the high-power laser light source in a pulsed manner.
[0067]
In the spatial modulation element, a plurality of micro fixed elements in which the first reflecting surface is formed and micro movable elements in which the second reflecting surface is formed are alternately arranged in a predetermined direction on the substrate surface, When a voltage is applied to the micro movable element constituting the first reflecting surface and the electrostatic force acts, the micro movable element moves and the distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface changes, and is incident. It is particularly preferable to use a reflection diffraction grating type grating light valve element that diffracts light. When the electrostatic force does not act, the first reflecting surface and the second reflecting surface may be located on the same plane or different planes, but when the electrostatic force acts In addition, the distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface changes to form a new diffraction grating, which diffracts incident light in a predetermined direction. Then, a plurality of pairs of micro fixed elements and micro movable elements are made to correspond to one pixel, and an electrostatic force is applied to the plurality of element pairs according to image data, or an electrostatic force is not applied. By doing so, the photosensitive material can be exposed in a line. By optimizing the material and shape of the flexible thin film constituting the grating light valve element, the operating speed can be obtained up to several tens [n seconds] at a low driving voltage (several V to several tens V). Durability is improved and high-speed exposure is possible.
[0068]
In the case of using a grating light valve element, a spatial modulation element is a light modulation in which a plurality of grating light valve elements are arranged in one or more rows in a direction substantially perpendicular to the predetermined scanning direction. You may comprise as an array element. As a case of arranging in a plurality of rows, for example, a case of arranging in a staggered manner can be mentioned. In this case, it is preferable that the longitudinal direction of the grating plate of the grating light valve element coincides with the arrangement direction of the light modulation element array.
[0069]
The spatial modulation element may be arranged in a direction rotated by a predetermined angle with respect to the optical axis with the normal line of the element surface as an axis.
[0070]
The following laser light sources can be used as the high-power laser light source. These laser light sources are continuously driven or pulsed to emit laser light in a predetermined wavelength region including ultraviolet (350 nm to 420 nm, preferably 405 nm).
[0071]
(1) Gallium nitride semiconductor laser. For example, a gallium nitride based semiconductor laser having a broad area light emitting region, a 10 mm long bar type semiconductor laser, or a semiconductor laser using a gallium nitride based semiconductor laser chip having a plurality of light emitting points may be used. Further, if the array type semiconductor laser disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-274349 is constructed by mounting a plurality of gallium nitride based semiconductor laser chips having a plurality of light emitting points, higher output can be obtained. Can do.
[0072]
(2) A semiconductor laser-excited solid-state laser that emits a laser beam obtained by exciting a solid-state laser crystal with a gallium nitride-based semiconductor laser by converting the wavelength with an optical wavelength conversion element. For example, at least Pr as rare earth element ions 3+ , A gallium nitride semiconductor laser that emits a laser beam that excites the solid-state laser crystal, and a laser beam obtained by exciting the solid-state laser crystal into light in a predetermined wavelength region including ultraviolet A semiconductor laser pumped solid-state laser including an optical wavelength conversion element for wavelength conversion.
[0073]
Pr 3+ The solid-state laser crystal to which is added is excited by a GaN-based semiconductor laser and oscillates efficiently in a wavelength band of 700 to 800 nm. That is, for example 3 P 0 → 3 F 4 By the transition of 3+ The solid-state laser beam in the infrared region with a wavelength of 720 nm, which is the oscillation line of, is efficiently oscillated. If this solid-state laser beam is converted into the second harmonic by the optical wavelength conversion element, high-intensity ultraviolet light with a wavelength of 360 nm is generated. Can be obtained. Further, the configuration is not complicated as in the case of generating the third harmonic, and a low-cost semiconductor laser pumped solid-state laser is realized.
[0074]
(3) A fiber laser that emits a laser beam obtained by exciting a fiber with a gallium nitride based semiconductor laser and converting the wavelength with an optical wavelength conversion element. For example, Er 3+ , Ho 3+ , Dy 3+ , Eu 3+ , Sn 3+ , Sm 3+ , And Nd 3+ At least one of the 3+ And a gallium nitride semiconductor laser that emits a laser beam that excites the fiber, and a laser beam obtained by exciting the fiber into light in a predetermined wavelength region including ultraviolet. A fiber laser including an optical wavelength conversion element for conversion.
[0075]
Er 3+ , Ho 3+ , Dy 3+ , Eu 3+ , Sn 3+ , Sm 3+ , And Nd 3+ Has an absorption band at a wavelength of 380 to 430 nm and can be excited by a GaN-based semiconductor laser. Then, the excited electrons are converted into Pr. 3+ Excitation levels (e.g. 3 P 0 → 3 P 1 ) To transfer the energy to the lower level, Pr 3+ It is possible to oscillate the blue, green, and red regions that are the oscillation lines. The wavelength of 380 to 430 nm is a wavelength band in which the GaN-based semiconductor laser is relatively easy to oscillate. In particular, the wavelength of 400 to 410 nm is a wavelength band where the maximum output of the currently provided GaN-based semiconductor laser can be obtained. 3+ , Ho 3+ , Dy 3+ , Eu 3+ , Sn 3+ , Sm 3+ , And Nd 3+ Is excited by a GaN-based semiconductor laser, the amount of absorption of excitation light increases, and high efficiency and high output are achieved. In addition, the configuration is simple with few optical components, loss is reduced, and the temperature stable region is widened.
[0076]
In addition, as a GaN-based semiconductor laser that is a pumping light source, a single longitudinal and transverse mode type can be used, as well as a broad area type, a phased array type, a MOPA type, or a GaN-based semiconductor laser, One or a plurality of fiber type high output types coupled to the fiber can be used. A fiber laser can also be used as an excitation light source. By using such a high-power excitation light source, it is possible to obtain even higher power, for example, W (watt) class high power. In addition, Pr having a broad emission spectrum described in (2) and (3). 3+ The laser using the can be easily driven by psec pulse by the mode lock, and can be operated repeatedly. Furthermore, highly efficient wavelength conversion can be performed because of p-second oscillation.
[0077]
(4) A fiber laser or a fiber amplifier that emits a laser beam obtained by exciting a fiber with a semiconductor laser that emits light in the infrared region and converting the wavelength with an optical wavelength conversion element. For example, Nd 3+ Dope, Yb 3+ Dope or Er 3+ And Yb 3+ And a semiconductor laser that emits a laser beam in the infrared region that excites the fiber, and the laser beam obtained by exciting the fiber into light in a predetermined wavelength region including ultraviolet A fiber laser or a fiber amplifier including an optical wavelength conversion element for wavelength conversion. As the optical wavelength conversion element, a THG (third harmonic generation) element or an FHG (fourth harmonic generation) element can be used.
[0078]
(5) A laser obtained by multiplexing a gallium nitride semiconductor laser into a fiber. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Nos. 2001-273870 and 2001-273871, a plurality of gallium nitride based semiconductor lasers are coupled and coupled by a multiplexing optical system, thereby increasing the height from the fiber. Output can be obtained. A laser in which a semiconductor laser using a semiconductor laser chip that emits a plurality of beams is combined with a fiber by a condensing optical system may be used. Further, a gallium nitride based semiconductor laser beam having a broad area light emitting region may be multiplexed into the fiber. By arranging these fibers in an array to form a linear light source, or arranging them in a bundle to form a planar light source, a higher output can be obtained.
[0079]
The high-power laser light source may be configured to include a plurality of laser light sources and a multiplexing optical system that combines the laser light emitted from the plurality of laser light sources. By combining laser beams emitted from a plurality of laser light sources using a multiplexing optical system, the output of the light source can be increased. When a high-power laser light source is configured including a plurality of laser light sources and a multiplexing optical system, the laser light sources (1) to (5) above can be used as the laser light source.
[0080]
In particular, since a gallium nitride semiconductor laser is a semiconductor laser, a low-cost system can be configured. In addition, the gallium nitride semiconductor laser has a very high COD (catalytic optical damage) value as compared with a light source in the infrared wavelength region because the mobility of transition is very small and the thermal conductivity coefficient is very large. . Furthermore, since it is a semiconductor laser, it can be repeatedly operated with a pulse having a high peak power in a short period, thereby preventing diffusion of heat due to irradiated light and performing high-speed and high-definition exposure. . Therefore, by using a gallium nitride semiconductor laser as a light source, an inexpensive, high-speed, high-definition exposure apparatus can be provided.
[0081]
Photosensitive materials include liquid crystal color filter forming photosensitive materials, printed wiring board manufacturing photoresists, plasma display electrodes, barrier ribs and phosphors, printing plates, organic EL barrier ribs, and optical circuit boards. Can be mentioned. These photosensitive materials can be held on a vertical flat plate stage, and high-precision exposure can be achieved with the photosensitive material held on a vertical flat plate stage. Further, an external drum system using a photosensitive cylinder or a cylinder coated with a photosensitive material may be used as the photosensitive material.
[0082]
Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of an exposure apparatus used in the present invention will be described in detail.
(First Embodiment) An embodiment in which an exposure apparatus is applied to exposure of a photoresist in a liquid crystal color filter manufacturing process will be described. As shown in FIG. 1, the exposure apparatus holds the
[0083]
A pair of
[0084]
A pair of
[0085]
A temperature sensor 34 for detecting the temperature of the stage surface is attached to the
[0086]
As shown in FIG. 2A, the
[0087]
As shown in FIG. 3, the
[0088]
The
[0089]
A
[0090]
The
[0091]
As the
[0092]
Corresponding to each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD8, collimating lenses C1 to C8 that collimate the divergent laser beams B1 to B8 emitted from the respective laser diodes are provided.
[0093]
The multiplexing
[0094]
Each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD8 is arranged such that the laser beams B1 to B8 emitted from each of the GaN semiconductor lasers LD1 to LD8 are incident on the narrow-band bandpass filters F2 to F8 at an incident angle of 5 °. After the laser beams B1 to B8 having wavelengths of 395 nm, 396 nm, 397 nm, 398 nm, 399 nm, 400 nm, 401 nm, and 402 nm emitted from the semiconductor lasers LD1 to LD8 are incident on the parallel plate prism 236, the narrowband bandpass filters F2 to F8 A high-power (for example, about 0.5 W) laser beam B that is multiplexed and wavelength-multiplexed while being reflected by the laser beam is emitted from the parallel plate prism 236, collected by the
[0095]
Next, the configuration and operation principle of the GLV element used as the light
[0096]
As shown in FIG. 6, on the
[0097]
As shown in FIG. 7, the
[0098]
The
[0099]
When no voltage is applied to the
[0100]
[Expression 1]
The
[0102]
Next, the operation of the exposure apparatus of the present embodiment will be described. In order to expose the object to be exposed 10 by irradiating it with the
[0103]
A linear beam emitted from the
[0104]
At the start of exposure, the
[0105]
As the
[0106]
When the
[0107]
As described above, since the exposure apparatus according to the present embodiment uses a high-power laser light source, an exposure object having sensitivity in a predetermined wavelength region including ultraviolet can be directly scanned and exposed based on digital data. it can. As a result, as compared with an exposure apparatus using mask exposure such as a proximity type exposure apparatus, (1) a mask is not required and the cost can be reduced and the manufacturing time can be reduced. This improves productivity and is also suitable for the production of a small variety of products. (2) Since direct scanning exposure is performed based on digital data, the data can be corrected as appropriate, and a highly accurate holding mechanism and alignment mechanism. In addition, the temperature stabilization mechanism is not required, the cost of the apparatus can be reduced, and the speed and resolution can be increased. (3) The laser light source is cheaper and more durable than the ultra-high pressure mercury lamp. Therefore, the running cost can be reduced. (4) The laser light source has the advantage that the driving voltage is low and the power consumption can be reduced. Further, (5) recording on heat mode materials as well as materials having sensitivity in the ultraviolet region is possible. (6) Especially when a GaN-based semiconductor laser is used, the material is heated by short pulse exposure. There is an advantage that a predetermined reaction can be terminated before being affected, and higher-definition drawing (so-called sharp image drawing) is possible.
[0108]
In addition, since a reflective diffraction grating type spatial modulation element is used, the absorption of incident light is significantly higher than that of a conventional configuration using an optical element (PLZT element) for modulating transmitted light or a liquid crystal light shutter (FLC). The durability against laser light can be increased. In particular, when the laser light source is pulse-driven, the effect is remarkable. As a result, the reliability of the exposure apparatus can be greatly improved even when exposure is performed using a high-power laser as a light source. In addition, in an optical shutter using a polarizing element such as PLZT, the degree of polarization of the laser light and the positional accuracy of the polarizing element are important, and restrictions are imposed on the selection and optical design of the laser element. There is no basic restriction on the performance, and the degree of freedom in design is improved. The GLV element is also called a diffraction grating light valve, and is driven by an electromechanical operation utilizing electrostatic force. Therefore, by optimizing the material and shape of the flexible thin film, a low driving voltage (several V to several V 10V), the operation speed can be obtained up to about several tens [n seconds], and in addition to the effect that the durability is improved, high-speed exposure is also possible.
[0109]
The structure and principle of the reflection diffraction type light modulation element (GLV element) described in this embodiment is given as an example, and the reflected light in a predetermined direction is controlled to be turned on and off using the diffraction effect. Any structure may be used.
[0110]
(Second Embodiment) An exposure apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, includes an exposure head having a plurality of laser light sources, and irradiates a plurality of laser beams to expose an object to be exposed. Since the configuration is the same as that of the exposure apparatus according to the first embodiment except for exposing the same, the same reference numerals are given to the same parts and the description thereof is omitted.
[0111]
In this exposure apparatus, the
[0112]
The three exposure units are housed in one
[0113]
The
[0114]
In the exposure unit A, a
[0115]
The exposure unit B and the exposure unit C have the same configuration as the exposure unit A, and the zoom lens 48B and the zoom lens 48C operate in the same manner as the
[0116]
Each member constituting the three exposure units is fixed to the
[0117]
Next, the operation of the exposure apparatus of the present embodiment will be described. Image data (not shown) is input to the controllers (not shown) of the light
[0118]
A linear beam emitted from the
[0119]
Similarly, the laser light emitted from the laser light source 42B of the
[0120]
At the start of exposure, the
[0121]
As the
[0122]
When the
[0123]
As described above, since the exposure apparatus according to the present embodiment uses a high-power laser light source as in the first embodiment, an exposure object having sensitivity in a predetermined wavelength region including ultraviolet rays can be obtained. Direct scanning exposure can be performed based on digital data, and there are advantages (1) to (6) as compared with an exposure apparatus that performs mask exposure such as a proximity type exposure apparatus.
[0124]
In addition, since an exposure target can be exposed by simultaneously irradiating a plurality of laser beams with an exposure head having a plurality of laser light sources, exposure can be performed at a higher speed than in the first embodiment. . For example, when three exposure units are mounted on the exposure head as in the present embodiment, exposure can be performed at a speed about three times that when one exposure unit is used. Even if some of the exposure units fail, the exposure can be continued using other exposure units, and the use stability is excellent.
[0125]
In the second embodiment, an example in which three exposure units are provided has been described. However, the number of exposure units is determined as appropriate according to the size of the exposure object, the required exposure speed, the exposure accuracy, and the like. Is done. In the above description, an example in which a plurality of exposure units are moved together has been described. However, an exposure head may be provided for each exposure unit, and the plurality of exposure units may be moved independently.
[0126]
(Third Embodiment) In the above embodiment, the exposure apparatus of the present invention is applied to the exposure of a photoresist in a liquid crystal color filter manufacturing process, and an exposure object held on the side surface of a vertical flat stage is obtained. Although an example of exposure has been described, in the exposure apparatus according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 9, the
[0127]
As shown in FIG. 9, this exposure apparatus is supported according to
[0128]
A
[0129]
A pair of
[0130]
As shown in FIG. 9, the
[0131]
The
[0132]
As the
[0133]
As shown in FIGS. 10 and 11, each multiplexing
[0134]
The
[0135]
A
[0136]
The
[0137]
Therefore, the laser beam emitted from each light emitting point has a direction in which the maximum divergence angle coincides with the direction in which the aperture diameter is large, and the direction in which the divergence angle is minimum, with respect to each
[0138]
For example, in this embodiment, the horizontal and vertical aperture diameters of the
[0139]
The condensing
[0140]
On the other hand, the multimode
[0141]
When the coupling efficiency of the laser beam to the multimode
[0142]
The gallium
[0143]
The
[0144]
As an alternative to the
[0145]
The focal length and numerical aperture of each lens element of the collimator lens array or
[0146]
Under the above conditions, the lens diameter magnification a, that is, the ratio of the beam spot diameter on the core end face of the
[0147]
[Expression 2]
As apparent from the equation (1), the magnification a decreases as the space utilization efficiency η increases. The smaller the magnification a is, the smaller the distance that the laser beam moves on the core end face of the multimode
[0149]
One for each of a number of
[0150]
As described above, the laser light emitted from the gallium
[0151]
As an alternative to a 50 W (= 0.5 W × 100) linear high-power beam in which the above-described fibers are arranged, a
[0152]
Next, the operation of the exposure apparatus of the present embodiment will be described. In order to expose the object to be exposed 10 by irradiating it with the
[0153]
A linear beam emitted from the
[0154]
At the start of exposure, the
[0155]
As the
[0156]
When the
[0157]
As described above, since the exposure apparatus according to the present embodiment uses a high-power laser light source as in the first embodiment, an exposure object having sensitivity in a predetermined wavelength region including ultraviolet rays can be obtained. Direct scanning exposure can be performed based on digital data, and there are the advantages (1) to (6) as compared with exposure apparatuses using mask exposure such as proximity type exposure apparatuses.
[0158]
In the first to third embodiments, examples of using a high-power laser light source configured by combining and coupling a gallium nitride semiconductor laser to a fiber have been described. You may comprise in either of 1)-(6).
(1) Gallium nitride semiconductor laser. Preferably, an array type semiconductor laser composed of a plurality of gallium nitride based semiconductor lasers shown in FIGS.
(2) A semiconductor laser-pumped solid-state laser shown in FIG. 15 that emits a laser beam obtained by exciting a solid-state laser crystal with a gallium nitride-based semiconductor laser by wavelength conversion with an optical wavelength conversion element.
(3) A fiber laser shown in FIG. 16 which emits a laser beam obtained by exciting a fiber with a gallium nitride based semiconductor laser and converting the wavelength with an optical wavelength conversion element.
(4) A fiber laser or fiber amplifier shown in FIG. 17 that converts the wavelength of a laser beam obtained by exciting a fiber with a semiconductor laser that emits light in the infrared region and converts the wavelength with an optical wavelength conversion element.
(5) A laser light source in which a gallium nitride based semiconductor laser is coupled to a fiber, a laser light source in which a plurality of gallium nitride based semiconductor lasers are coupled to a fiber by a multiplexing optical system, and a line in which the fibers shown in FIG. Laser light source and planar laser light source arranged in a bundle.
(6) A laser light source composed of the laser light source of any one of (1) to (5) and a multiplexing optical system.
[0159]
FIG. 14 shows an example of a laminated structure of a GaN-based semiconductor laser having the broad area light emitting region (1). In this stacked GaN-based semiconductor laser, an n-type Ga (0001) substrate 100 has an n-type Ga. 1-z1 Al z1 N / GaN superlattice cladding layer 102 (0.05 <z1 <1), n-type or i-type GaN optical waveguide layer 104, In 1-z2 Ga z2 N (Si doped) / In 1-z3 Ga z3 N multiple quantum well active layer 106 (0.01 <z2 <0.05, 0.1 <z3 <0.3), p-type Ga 0.8 A 10 . 2 N carrier blocking layer 108, n-type or i-type GaN optical waveguide layer 110, p-type Ga 1-z1 Al z1 An N / GaN
[0160]
FIG. 15 shows an example of a semiconductor laser-pumped solid-state laser that emits a laser beam obtained by exciting a solid-state laser crystal with the gallium nitride-based semiconductor laser (2) above using a light wavelength conversion element. This semiconductor laser pumped solid-state laser includes a
[0161]
The optical
[0162]
As the
[0163]
In this semiconductor laser pumped solid-state laser, the
[0164]
FIG. 16 shows an example of a fiber laser that emits a laser beam obtained by exciting a fiber with a semiconductor laser that emits light in the infrared region of (4) above, using a light wavelength conversion element for wavelength conversion. This fiber laser is a THG (third harmonic generation) fiber laser, and parallels the pulse distributed feedback semiconductor laser (pulse DFB laser) 134 that emits a
[0165]
The
[0166]
A
[0167]
As shown in FIG. 16, in the
[0168]
The wavelength converting unit converts the incident laser beam into a half-wavelength laser beam, a SHG (second harmonic generation) element, and the incident laser beam into a one-third wavelength laser beam. By comprising a THG (third harmonic generation) element to be converted, a THG (third harmonic generation) fiber laser can be obtained.
[0169]
FIG. 17 shows an example of a fiber laser that emits a laser beam obtained by pumping a fiber with a fiber input pumping module using the gallium nitride semiconductor laser of (3) above and converting the wavelength with a light wavelength conversion element. Indicates. This fiber laser is a SHG (second harmonic generation) fiber laser, and a fiber
[0170]
In this fiber laser, a
[0171]
In the first to third embodiments, the example in which the high-power laser light source is provided in the exposure head has been described. However, the high-power laser light source may be disposed outside the exposure head. FIG. 18 shows an example of an exposure head in which a high-power laser light source is arranged outside. In the
[0172]
In the first, second, and third embodiments, a reflective diffraction grating type GLV (Grating), which is a type of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type spatial modulation element (SLM), is used. Although an example in which a light beam is modulated using a light modulation array element in which Light Valve elements are arrayed has been described, the light beam can also be modulated by other modulation means. Note that MEMS is a general term for micro systems that integrate micro-sized sensors, actuators, and control circuits based on micro-machining technology based on the IC manufacturing process. It means a spatial modulation element that is driven by the electromechanical operation used.
[0173]
For example, in the case where the laser light source is continuously driven and the light output is small, a spatial modulation element other than the MEMS type, such as an optical element (PLZT element) or a liquid crystal light shutter (FLC) that modulates transmitted light by an electro-optic effect. May be used. In addition, when the laser light source has a high output or is pulse-driven, other MEMS types such as a digital micromirror device (DMD), a total reflection type spatial modulation element, and an interference type spatial modulation element The spatial modulation element may be used.
[0174]
Note that the configuration of the spatial modulation element (light modulation array element) is not limited to a strictly one-dimensional (that is, the number of elements of one dimension is one), and the number of elements of one dimension is the other. Any linear configuration that is sufficiently smaller than the number of dimensional elements may be used. By configuring the light modulation array element in a planar shape or a linear shape, it becomes possible to expose a region corresponding to a plurality of pixels of the recording material at a time, and the processing speed can be increased. However, when the light modulation array elements are planar (two-dimensional), two-dimensional precise alignment adjustment and image formation are distorted in a drum shape so that the images exposed by the respective light modulation element arrays are continuous. There is a problem that the optical system or the like is not required, and the configuration of the apparatus is complicated and expensive. The same problem occurs when the speed is increased by using a plurality of light modulation element arrays. On the other hand, when the light modulation element array is linear, it is only necessary to adjust so that the image is continuous only in the arrangement direction of the array, and when it is linear, a cross section passing through the center of the optical system is used. Thus, there is an advantage that it can be avoided from the problem of drum distortion. Therefore, in the first to third embodiments, it is more preferable that the light modulation element array is linear. As a light source for illuminating such a linear light modulation array element, it is preferable to use an array light source in which a large number of fiber light sources serving as linear illumination light sources are arranged in view of illumination efficiency.
[0175]
In the first to third embodiments, the fibers are arranged in an array. However, the present invention is not limited to this, and the fibers are arranged in a bundle to generate a planar laser beam. You may make it do. In this case, it is preferable to use a light modulation array element having a planar shape in terms of illumination efficiency.
[0176]
As shown in FIGS. 19A to 19C, the DMD is a micromirror (micromirror) 240 supported by a support column on an SRAM cell (memory cell) 238. This is a mirror device configured by arranging pixels, which are hundreds of thousands to millions of pixels, as micromirrors. 19A is a DMD in which pixels are arranged in one column, FIG. 19B is a DMD in which pixels are arranged in a plurality of columns, and FIG. 19C is a DMD in which pixels are arranged in two dimensions. . In this embodiment, it is preferable to use a DMD in which pixels are arranged in a line as shown in FIGS. Each pixel is provided with a
[0177]
When a digital signal is written in the
[0178]
Examples of the interference type spatial modulation element include a light modulation element (interference type optical shutter) using Fabry-Perot interference. 21 and 22, the interference type optical shutter includes one
[0179]
That is, one
[0180]
In the interference type optical shutter configured as described above, when the supply of the power supply voltage Vgs between one
[0181]
Here, toff can be adjusted when the flexible
[0182]
As shown in FIG. 22, when the angle formed by the surface normal of the optical shutter and the incident light is θi, the light intensity transmittance It of the interference optical shutter is given by the following equation. Here, R is the light intensity reflectance of the dielectric multilayer mirrors 305 and 306, n is the refractive index of the gap 309 (1 in the case of air), and t is the spacing of the
[0183]
[Equation 3]
Here, ton and toff are set as follows (m = 1). Ton = 1/2 × λ [nm], toff = 3/4 × λ [nm], λ = 405 nm. Further, the light intensity reflectance R of the dielectric multilayer mirrors 305 and 306 is set to 0.9, the incident angle θi is set to 0 [deg], and the refractive index n is set to 1 so that the
[0185]
In the interference type optical shutter, the flexible
[0186]
As shown in FIGS. 24 and 25, the total reflection type spatial modulation element has a normally-on optical tap configuration in the example of the mechanical optical tap drive configuration. Here, the light
[0187]
In the first to third embodiments, the example in which the exposure apparatus of the present invention is applied to the exposure of the photoresist in the manufacturing process of the liquid crystal color filter has been described. However, the exposure target is in a predetermined wavelength region including ultraviolet. There is no particular limitation as long as it is a photosensitive material having sensitivity, and it can also be used for exposure of photoresist for manufacturing printed wiring boards, photosensitive cylinders for printing, cylinders coated with photosensitive materials for printing, and printing plates for printing. Can be used. Examples applied to each application are shown in Table 1.
[0188]
[Table 1]
Reference Example Next, an exposure apparatus of a reference example will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 26, the exposure apparatus includes an exposure head including an external modulator and a polygon optical system. The laser light modulated by the external modulator is deflected by the polygon optical system to form an exposure object. Since it is the same structure as the exposure apparatus which concerns on 1st Embodiment except irradiating, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and description is abbreviate | omitted.
[0190]
In this exposure apparatus, the
[0191]
Each member constituting the exposure unit is housed in a
[0192]
The rotation axis of the
[0193]
The external modulator 62 is connected to a
[0194]
The
[0195]
Next, the operation of this exposure apparatus will be described. In order to expose the object to be exposed 10 by irradiating it with the
[0196]
The laser light emitted from the
[0197]
At the start of exposure, the
[0198]
As the
[0199]
When the
[0200]
As described above, since the exposure apparatus according to the reference example uses a high-power laser light source as in the first embodiment, an exposure object having sensitivity in a predetermined wavelength region including ultraviolet is converted into digital data. Therefore, there are advantages (1) to (6) as compared with the exposure apparatus using mask exposure such as a proximity type exposure apparatus.
[0201]
However, since the external modulator and the polygon mirror are used in combination, the apparatus configuration becomes complicated. In addition, a highly durable external modulator is required, resulting in a high device price and low reliability.
[0202]
In the above description, the example in which the exposure unit has a single light source has been described. However, as shown in FIG. 27, an exposure unit having a plurality of light sources may be used. This exposure unit includes four
[0203]
In this exposure unit, the
[0204]
The laser beam 40C emitted from the laser light source 42C is reflected by the
[0205]
In this way, the
[0206]
【Example】
FIGS. 29 to 38 show the manufacturing process of the multilayer printed wiring board by the build-up method which is an embodiment of the present invention. In this example, a four-layer printed wiring board is manufactured.
[0207]
In FIG. 29, a glass epoxy insulating substrate 110 having
[0208]
In FIG. 30, one
[0209]
In FIG. 31, after blackening the
[0210]
Next, the surface was polished with, for example, a belt sander selected from buffs, belt sanders, jet scrubs, etc., and then the surface of the
[0211]
Next, in FIG. 32, electroless plating (for example, ethylenediaminetetraacetic acid: 30 g / L, copper ion concentration: 2-3 g / L, caustic soda concentration: 9-12 g / L) is performed on the entire surface of the insulating layer 118 in which via holes are formed. L, formaldehyde: 3-6 g / L, pH: 12-14) The copper is deposited by a solution to form a second
[0212]
Next, in FIG. 33, the
In FIG. 34, as in the step of FIG. 31, a second photosensitive insulating
[0213]
In FIG. 35, a through
[0214]
Next, in FIG. 36, as in the step of FIG. 32, copper is deposited on the entire surface including the through
[0215]
In FIG. 37, the
[0216]
Finally, in FIG. 38, the conductor portions that should not be exposed are covered with a solder resist layer 148 such as polyimide or epoxy resin.
In the above example, the
[0217]
In addition, although a four-layer wiring board is illustrated, a printed wiring board having a large number of wiring layers can be manufactured by repeating the same process.
[0218]
Wiring pattern forming process using the above photosensitive resin, via hole forming process using a photosensitive insulating resin In each pattern forming process, the laser exposure apparatus of the present invention was used during exposure. An excellent build-up board was obtained. In addition, the time required for exposure is equal to or less than that of the conventional analog exposure machine and photomask system, and it was shown that productivity can be maintained.
[0219]
【The invention's effect】
According to the present invention, a photosensitive substrate for producing a printed wiring board can be directly scanned and exposed using a laser beam to obtain a high-speed and high-definition printed wiring board.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the arrangement of an exposure apparatus according to a first embodiment used in the present invention.
2A is a cross-sectional view of an object to be exposed in which a color resist film is formed on a glass substrate, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing a state after the exposure of FIG.
3 is an enlarged perspective view showing a configuration of an exposure head of the exposure apparatus shown in FIG. 1. FIG.
4A is a plan view showing a configuration of a laser light source of the exposure apparatus according to the first embodiment used in the present invention, and FIG. 4B is a plan view showing end faces of fibers arranged in an array. It is.
5 is a graph showing transmission characteristics of a narrow band pass filter of the laser light source shown in FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a grating light valve element (GLV element) used as a light modulation array element.
7A and 7B are explanatory diagrams of the operation principle of the GLV element. FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing the arrangement of an exposure apparatus according to a second embodiment used in the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing the arrangement of an exposure apparatus according to a third embodiment used in the present invention.
FIG. 10 is a perspective view of a semiconductor laser chip in a light source.
11A is a plan view of a semiconductor laser chip in a light source, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the optical axis of FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a light source used in a third embodiment used in the present invention.
FIGS. 13A and 13B are perspective views showing the configuration of another light source used in the fourth embodiment used in the present invention. FIGS.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example of a laminated structure of a GaN-based semiconductor laser having a broad area light emitting region that can be used as a laser light source of an exposure apparatus used in the present invention.
FIG. 15 is a schematic sectional view showing a configuration of a semiconductor laser pumped solid-state laser that can be used as a laser light source of an exposure apparatus used in the present invention.
FIG. 16 is a schematic sectional view showing a configuration of an FHG (fourth harmonic generation) fiber laser that can be used as a laser light source of an exposure apparatus used in the present invention.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a SHG (second harmonic generation) fiber laser that can be used as a laser light source of an exposure apparatus used in the present invention.
FIG. 18 is a perspective view showing a modification of the exposure head of the exposure apparatus according to the first embodiment.
19A to 19C are partially enlarged views showing the configuration of a digital micromirror device (DMD).
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the operation of the DMD.
FIG. 21 is a plan view showing an example of an interference type spatial modulation element;
22 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an operating state of the interference type spatial modulation element of FIG. 21;
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing an example of a total reflection type spatial modulation element.
25 is an explanatory diagram showing an operation state of the total reflection type spatial modulation element of FIG. 24;
FIG. 26 is a perspective view showing the arrangement of an exposure apparatus according to a reference example.
FIG. 27 is a perspective view showing a modification of the exposure head of the exposure apparatus according to the reference example.
FIG. 28 is a diagram illustrating a build-up method for manufacturing a printed wiring board.
FIG. 29 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 30 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 31 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 32 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 33 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 34 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 35 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 36 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 37 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
FIG. 38 is a diagram illustrating a manufacturing process of a multilayer printed wiring board according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Exposure object
12 Flat stage
14 Exposure head
16, 24, 50 nuts
18, 26, 52 Female thread
20, 28, 54 Lead screw
22, 30, 56 Drive motor
32 Motor controller
34 Temperature sensor
36 Temperature detection circuit
38 Image data
40 Laser light
42 Laser light source
44 lenses
46 Light modulation array element
48 Zoom lens
110 Insulating substrate
112, 114 copper layer
118, 118 ′, 128, 128 ′ photosensitive insulating resin layer
120, 120 ', 130, 130' via hole
132 through hole,
142 Ground layer
144 Power Land
146 Power supply layer
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