CN1735319A

CN1735319A - 光掩模设备、光掩模制造方法和掩模图案形成方法

Info

Publication number: CN1735319A
Application number: CNA2005100025936A
Authority: CN
Inventors: 上田正则; 松永治幸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-02-15
Also published as: US20060035157A1; JP2006053337A; JP4714440B2; US7632627B2

Abstract

光掩模设备、光掩模制造方法和掩模图案形成方法。在掩模的表面涂覆不透光层和抗蚀剂。通过曝光、显影和蚀刻，在所述掩模的表面上形成正/负颠倒的图案。在工件的要形成图案的部分上涂覆不透光层和抗蚀剂。使用可通过连接器进行更换的掩模来进行曝光。将掩模的图案转印到抗蚀剂上，并显影所述抗蚀剂。在显影所述抗蚀剂以后，通过蚀刻，在工件的表面上形成掩模图案。

Description

光掩模设备、光掩模制造方法和掩模图案形成方法

技术领域

本发明涉及一种形成光掩模的技术。

背景技术

常规地，当在工件(例如轴、轴承等)的表面形成图案(例如人字形凹槽等)时，一种方法是形成具有与该图案形状一致的电极，并通过电解加工或者放电加工等来转印(transfer)所述电极。

为了工作流体的流动，这种方法需要在电极和工件之间提供一个间隙，此外，工件不被遮蔽，所以设定最佳的电解条件或者放电条件成了一项困难的任务。而且，电极会磨损。

作为一个解决方案，日本专利申请特开No.H5-191015公开了一种技术，该技术在工件表面形成不透光层和感光树脂的涂层，并使用掩模对涂层曝光，并显影和去除没有曝光的部分。

日本专利申请特开No.S63-144888公开了一种有效地在大范围内提高感光树脂等的温度的技术，激光或多棱镜等被用来实现这个效果。

日本专利申请特开No.S56-41639公开了一种技术，该技术使用弹性材料以使掩模和感光树脂等之间进行紧密的、封闭的结合。通过这种结构，可以很容易地进行曝光。

然而，常规工艺在形成掩模图案方面的效率是很低的。

具体地，因为掩模固定于支撑部分，所以不能很容易地更换它。如果工件具有多个表面，并且表面具有不同的形状，那么更换掩模将花费很长时间，大大增加了进行更换工作的操作人员的负担。

发明内容

本发明的目的至少是解决常规技术中的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种光掩模设备，其用于在工件的表面形成图案。该光掩模设备包括：抗蚀剂淀积单元，在工件的一部分上淀积抗蚀剂；曝光单元，其通过曝光具有图案的掩模来转印所述掩模上的所述图案，所述掩模被来自具有连接器的导光缆线的光曝光；显影单元，用来显影具有所述图案的抗蚀剂；蚀刻单元，通过蚀刻在所述工件的表面上形成所述图案。

根据本发明的另一方面，提供了一种光掩模制造方法，在具有与工件相同形状的掩模上形成不透光层和抗蚀剂，并曝光正负颠倒的图案；显影所述抗蚀剂；通过蚀刻形成一个主掩模，在所述主掩模上形成所述正负颠倒的图案；在用于对工件进行构图的掩模上形成不透光层和抗蚀剂，并把所述主掩模与其装配在一起，并从所述主掩模侧进行曝光；对所述抗蚀剂进行显影；以及通过蚀刻在所述用于进行构图的所述掩模上形成图案。

根据本发明的又一方面，提供了一种掩模图案形成方法，其在工件表面上形成图案。所述方法包括：在所述工件的一部分上淀积抗蚀剂；通过曝光具有图案的掩模来转印所述掩模上的所述图案，所述掩模被来自具有连接器的导光缆线的光曝光；对带有所述图案的抗蚀剂进行显影；通过蚀刻在所述工件的所述表面上形成图案。

在以下对本发明的详细描述中，本发明的其他的目的、特征和优点将被具体阐明，或在结合附图阅读该详细描述时而变得明显。

附图说明

图1是依据本发明的实施例的光掩模设备的示意图；

图2是光掩模设备在工件上形成掩模图案的工序过程的流程图；

图3是用于解释掩模更换的示意图；

图4是用于解释掩模更换的另一个示意图；

图5是掩模的一个末端部分提供了光反射层的情况的示意图；

图6是掩模的两端连接有导光缆线的情况的示意图；

图7是在掩模的外表面形成曝光图案的工序过程的流程图；

图8是用于解释图7所示工序过程的示意图；

图9是通过三维地扫描激光而在掩模的外表面形成曝光图案的工序过程的流程图；

图10是通过剥离掩模表面的不透光层在掩模的外表面形成曝光图案的工序过程的流程图；

图11是在掩模内表面形成曝光图案的工序过程的流程图；以及

图12是用于解释图11所示工序过程的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述根据本发明的光掩模设备、光掩模制造方法和掩模图案形成方法的示例性实施例。

将参照附图对本发明的实施例进行解释。图1是根据本发明的实施例的光掩模设备100的示意图。光掩模设备100包括支撑单元3和连接器2。掩模1可拆卸地安装到连接器2上，连接器2被固定在支撑单元3上。结果，可以很容易地更换掩模1。

掩模1例如是管状的或柱形的，并且在其外表面上形成有预定的掩模图案。具有高透明度的玻璃、石英和树脂材料等可以用作掩模1的材料。树脂材料可以是诸如丙烯(acryl)、聚碳酸酯、聚酯(polyethylene)、聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)等。

掩模1被连接到由柔性光纤等构造的导光缆线4上。通过使用柔性导光缆线4，工作布局(work layout)的灵活性增加，提高了可使用性。

导光缆线4与曝光源(例如UV光源，未示出)连接。由曝光源发出的UV光通过导光缆线4到达掩模1，并可以在抗蚀剂6上曝光掩模图案。抗蚀剂6是感光抗蚀剂，它被涂在工件5的内部和侧表面。

下面将描述光掩模设备100在工件5上形成掩模图案的加工工艺。图2是光掩模设备100在工件5上形成掩模图案的工艺的流程图。

如图2所示，抗蚀剂被涂在工件5上(S101)。在工件5表面上的要形成掩模图案的地方涂覆抗蚀剂。具体地，滴下少量的溶液(该溶液通过将抗蚀剂浓缩物稀释到溶剂中而形成)，去除多余的溶液部分，就涂覆了抗蚀剂6。

涂覆抗蚀剂的方法的示例有：浸入法(dipping method)；使用流动、旋涂、喷溅的方法；电极淀积方法等。在浸入法中，物体被浸入到抗蚀剂溶液中。

随后，所涂覆的抗蚀剂被预烘干(步骤S102)。预烘干将抗蚀剂的温度升高到预定的温度，以便例如蒸发在步骤S101所涂覆的抗蚀剂中的溶液。

掩模1被插入到工件5中(步骤S103)，并进行曝光(步骤S104)。具体地，在步骤S103中插入工件5中的掩模1的掩模图案在所涂覆的抗蚀剂上曝光。

然后从工件5的内部拿出掩模1(步骤S105)，并进行显影(步骤S106)。这是对被曝光状态下的图1的抗蚀剂6进行的显影(例如，通过碳酸钠溶液等显影)，以便将掩模图案转印到抗蚀剂上。

然后执行后烘干(步骤S107)。将温度升高到预定的温度，以便去除在抗蚀剂6中的溶剂和水分，并使其与工件5的联系更紧密。

然后进行蚀刻(步骤S108)。通过在没有抗蚀剂的部分蚀刻(例如通过氯化亚铁(iron(II)chloride)等的蚀刻)形成了预定深度的图案。

化学蚀刻(例如干法蚀刻或湿法蚀刻)或电解蚀刻等可用作蚀刻的方法。等离子蚀刻可被作为干法蚀刻。氯化亚铁、磷酸等可作为湿法蚀刻的溶液。氯化钠、硝酸钠等可作为电解蚀刻的溶液。

然后去除抗蚀剂(步骤S109)。被固化的抗蚀剂通过剥离液(peelingliquid，例如氢氧化钠溶液、有机溶剂等)被去除。

抗蚀剂6被涂覆在工件5的要形成掩模图案的部位上，掩模1被插入工件5，并且进行曝光、显影、蚀刻和抗蚀剂去除。因此，可以快速形成掩模图案。

因为可以很方便地通过连接器2更换掩模1，所以掩模1可以与任意形状的工件的表面安装在一起，因而能够提高工作效率。

更换掩模的例子如图3和图4所示。如图3所示，即便工件7的内表面是圆锥形，通过将掩模1更换为具有同样圆锥形状的掩模10，也可以很容易地在工件7的内表面形成掩模图案。

如图4所示，当要在工件8的外表面上形成掩模图案时，掩模1被掩模20替代，在掩模20的内部具有与工件8同样形状的孔，并且掩模20可被安装在工件8的外部。通过将掩模20安装在工件8的外部，可在柱形工件8的外表面形成掩模图案。抗蚀剂被涂在工件7的内表面和工件8的外表面(省略了对其的解释)。

如图5所示，在光掩模设备100中，可在掩模1的端部提供光反射层9等(例如反射镜等)。通过在掩模1的端部提供光反射层9，可以改善由于在掩模1的端部漏光而造成的曝光不均。此外，同样可以通过在掩模10和20的端部提供光反射层来改进曝光不均(省略其解释)。

在光掩模设备100中，可以通过连接器2在掩模1的两端连接导光缆线11(如图6所示)。通过将导光缆线11连接到掩模1的两端，并使光从掩模1的两端入射，可以使曝光量一致，并且可以在工件5的内表面精确地形成掩模图案。可以同样地在掩模10和掩模20的两端连接导光缆线11。

下面说明在用于加工的掩模的外表面形成曝光图案的方法。图7是在用于加工的掩模的外表面上形成曝光图案的工艺流程图。图8的图用于补充图7的流程图。

如图7所示，形成形状与工件(例如图1所示工件5)内表面形状一致的掩模。在所述表面上提供不透光层，即通过淀积、镀等方式形成的铬(步骤S201)，在掩模的外表面上涂覆抗蚀剂(步骤S202)，并进行预烘干(步骤S203)。

在掩模的周围环绕曝光图案薄膜(exposure pattern film)(步骤S204)，然后进行曝光(步骤S205)、显影(步骤S206)和后烘干(步骤S207)。

进行蚀刻(步骤S208)，剥离抗蚀剂(步骤S209)，并且在掩模的表面形成负/正颠倒的图案(步骤S210)。

在图7中，通过使用曝光图案薄膜进行光刻从而在掩模的表面形成图案。然而，本发明不限于此。例如，取代曝光图案薄膜，可以三维地扫描激光，从而直接在抗蚀剂层上曝光预定图案。

图9是通过三维地扫描激光在用于加工的掩模的外表面形成曝光图案的工艺流程图。如图9所示，形成形状与工件(例如图1所示工件5)内表面的形状一致的掩模。在该表面上提供不透光层，即通过淀积或镀等方式形成的铬(步骤S301)，在掩模的表面涂覆抗蚀剂(步骤S302)，并进行预烘干(步骤S303)。

通过三维地扫描激光进行曝光(步骤S304)，然后进行显影(步骤S305)和后烘干(步骤S306)。

进行蚀刻(步骤S307)，剥落抗蚀剂(步骤S308)，并且在掩模的表面形成负/正颠倒的图案(步骤S309)。

可以通过三维地扫描激光并剥离掩模表面的不透光层从而直接在用于加工的掩模上画出负/正颠倒的图案。图10是通过剥离掩模表面的不透光层，在用于加工的掩模的外表面上形成曝光图案的工艺流程图。

如图10所示，形成与工件(例如，如图1所示的工件5)内表面形状一致的掩模。在该表面上提供不透光层，即通过淀积、镀等方式形成的铬(步骤S401)，通过三维地扫描激光剥离不透光层(步骤S402)，并在掩模的表面上直接画出负/正颠倒的图案(步骤S403)。

下面将描述在用于加工的掩模的内表面形成曝光图案的方法。图11是在用于加工的掩模的内表面上形成曝光图案的工艺流程图。图12的图用于补充图11的流程图。

如图11所示，形成与工件(例如图4所示的工件8)形状一致的主掩模。在其表面上形成不透光层，即通过淀积、镀等方式形成的铬(步骤S501)，在主掩模的表面上涂覆抗蚀剂(步骤S502)，并进行预烘干(步骤S503)。

在主掩模周围环绕曝光图案薄膜(步骤504)，然后进行曝光(步骤S505)、显影(步骤S506)和后烘干(步骤S507)。

进行蚀刻(步骤S508)，剥落抗蚀剂(步骤S509)，从而在主掩模的表面上形成负/正颠倒的图案(步骤S510)。

在用于加工的掩模上提供不透光层，即通过淀积、镀等方式形成的铬(步骤S511)，涂覆抗蚀剂(步骤S512)，并执行预烘干(步骤S513)。主掩模与所述用于加工的掩模被装配在一起(步骤S514)，然后进行曝光(步骤S515)、显影(步骤S516)和后烘干(步骤S517)。

进行蚀刻(步骤S518)，剥落抗蚀剂(步骤S519)，从而在用于加工的掩模的内表面上形成掩模图案(步骤S520)。

表面形成有正负颠倒的图案的掩模被用作主掩模。因此，很容易制造用于加工的掩模，即内表面具有图案的掩模，用于在工件的表面上进行蚀刻。

在图11中，使用曝光图案薄膜通过光蚀刻在主掩模表面上形成图案。然而，本发明不限于此。例如，如图9所示，可以使用三维扫描激光代替曝光图案薄膜直接在抗蚀剂层上曝光预定图案。此外，如图10所示，可以通过三维地扫描激光且剥除主掩模表面上的铬层从而直接画出负/正颠倒的图案。

如上所述，在本实施例中，可以通过在工件表面形成不透光层和抗蚀剂，并进行曝光、显影和蚀刻来形成掩模图案。此外，由于可以通过连接器方便地将该掩模更换为任意形状的掩模，因而可以提高工作效率。此外，因为使用了柔性导光缆线，可以提高工作布局的灵活性。

根据本发明，抗蚀剂形成在工件的要形成图案的部分上，使用通过连接器与导光缆线连接的掩模来进行曝光，掩模的图案被转印到抗蚀剂上，抗蚀剂被显影，并且通过蚀刻在工件的表面上形成预定图案。所以，可以容易地改变掩模，并且可以提高工作效率。

根据本发明，在掩模的两端连接导光缆线，并且光从掩模的两端入射。所以，可以使曝光量一致，并且可以在工件表面精确地形成掩模图案。

根据本发明，在与工件形状相同的掩模上形成抗蚀剂，在掩模上曝光正负颠倒的图案，显影抗蚀剂，通过蚀刻形成主掩模，在所述主掩模中在掩模上形成有正负颠倒的图案，在用于加工的掩模上形成抗蚀剂，主掩模与之安装在一起，从主掩模侧进行曝光，抗蚀剂被显影，并且通过蚀刻在用于加工的掩模上形成图案。所以，可以很容易地形成用于在工件的外表面形成图案的掩模。

尽管为了完整而清楚地公开，本发明是参照其特定的优选实施例说明的，但所附权利要求并不因此受限，而应理解为覆盖了落入本文所阐述的基本教导的本领域技术人员所能想到的所有修改和变化。

Claims

1、一种在工件表面形成图案的光掩模设备，包括：

抗蚀剂淀积单元，在所述工件的一部分上淀积抗蚀剂；

曝光单元，通过曝光带有图案的掩模来转印所述掩模上的图案，所述掩模被来自带有连接器的导光缆线的光曝光；

显影单元，对带有所述图案的所述抗蚀剂进行显影；和

蚀刻单元，通过蚀刻在所述工件的所述表面上形成所述图案。

2、根据权利要求1所述的光掩模设备，其中所述掩模的一个端部配有光反射层。

3、根据权利要求1所述的光掩模设备，其中所述掩模的两端分别与导光缆线相连接，并且所述掩模被来自所述导光缆线的光照射。

4、根据权利要求1所述的光掩模设备，其中所述掩模与所述工件的内部或外部装配在一起。

5、一种光掩模制造方法，包括：

在具有与工件相同形状的掩模上形成不透光层和抗蚀剂，并且曝光一正负颠倒的图案；

显影所述抗蚀剂，并通过蚀刻，在所述掩模上形成主掩模，在所述主掩模中，形成有所述正负颠倒的图案；

在用于对所述工件进行构图的掩模上，形成不透光层和抗蚀剂，并且使之与所述主掩模装配在一起，并且从所述主掩模侧进行曝光；和

显影所述抗蚀剂，并通过蚀刻，在所述用于进行构图的掩模上形成图案。

6、一种在工件的表面形成图案的掩模图案形成方法，包括：

在所述工件的一部分上淀积抗蚀剂；

通过曝光带有图案的掩模来转印所述掩模上的所述图案，所述掩模被来自带有连接器的导光缆线的光曝光；

对带有所述图案的所述抗蚀剂进行显影；和

通过蚀刻，在所述工件的所述表面上形成所述图案。