JP2003218009A - エッチングパターン形成方法、及び微細パターン加工品 - Google Patents
エッチングパターン形成方法、及び微細パターン加工品Info
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Abstract
もに、製造コストを低減する。 【解決手段】 Si基板1の表面に形成された酸化膜2
上に、ポジ型フォトレジストによってレジスト層3を形
成する。このレジスト層3に対して露光、現像及びポス
トベークを順に行うことで第1レジストパターンを形成
し、この第1レジストパターンを用いて酸化膜2に対す
るエッチング処理を行う。これにより、1層目の段差パ
ターン2aを作製する。第1レジストパターンによるエ
ッチング処理の後、残存するレジスト層3に対して露
光、現像及びポストベークを再度行うことで第2レジス
トパターン3bを形成し、この第2レジストパターン3
bを用いて酸化膜2に対するエッチング処理を行う。こ
れにより、2層目の段差パターン2bを作製する。
Description
ィ技術を用いて、複数種類の微細パターンをレジスト層
に形成するエッチングパターン形成方法、及び、微細パ
ターン加工品に関する。
造工程等に広く用いられており、近年ではマイクロマシ
ンの製造等の微細加工技術にも応用されている。例え
ば、基板に厚さの異なる複数部位を形成するための加工
(所謂集中パターニング)に用いられている。この集中
パターニングでは、厚さの異なる複数部位を有する加工
膜を用いている。そして、この段差付きの加工膜を作製
するにあたり、レジストの塗布、露光、現像、レジスト
層の除去からなる一連の工程を、厚さの異なる部位毎に
繰り返して行っていた。
する場合について説明する。この場合、まず、基板表面
にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成し、この
レジスト層に対して1段目の微細パターンを露光する。
その後、レジスト層を現像して1段目の微細パターンを
形成し、この微細パターンを用いたエッチングによって
基板に1段目の凹部を形成する。1段目の凹部を形成し
たならばレジスト層を除去する。次に、基板表面にフォ
トレジストを再度塗布してレジスト層を形成し、このレ
ジスト層に対して2段目の微細パターンを露光する。そ
の後、レジスト層を現像して2段目の微細パターンを形
成し、この微細パターンを用いたエッチングによって基
板に2段目の凹部を形成する。2段目の凹部を形成した
ならばレジスト層を除去する。
トの塗布、露光、現像、レジスト層の除去からなる一連
の工程を、厚さの異なる部位毎に繰り返して行うので、
微細パターンの形成に手間が掛かかってしまうという問
題があった。また、新しいフォトレジストをその都度塗
布するので、製造コストが増大するという問題もあっ
た。さらに、複数の微細パターンを位置合わせするため
のアラインメントマークが次に形成したレジスト層によ
って埋められてしまうので、アラインメント精度が低下
し易いという問題もあった。
し、厚さが異なる複数部位を備えた微細パターンをエッ
チング対象物に形成する際において、その工程が簡略化
できるとともに、製造コストを低減可能なエッチングパ
ターン形成方法、及び、微細パターン加工品を提供する
ことにある。
するために提案されたものであり、請求項1に記載の発
明は、エッチング対象物の表面に設けられたポジ型フォ
トレジスト層に対して露光、現像及びポストベークを順
に行うことで微細パターンを形成し、該微細パターンに
よるエッチング対象物へのエッチング処理の後に、この
エッチング処理で用いたレジスト層に対して露光、現像
及びポストベークを再度行うことで新たな微細パターン
を形成することを特徴とするエッチングパターン形成方
法である。
の厚さを8000Å〜15000Åに設定したことを特
徴とする請求項1に記載のエッチングパターン形成方法
である。
クの温度を100℃〜140℃に設定し、ポストベーク
の時間を5分〜15分に設定したことを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載のエッチングパターン形成方法
である。
対象物がSi基板表面に形成された加工膜であることを
特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のエッ
チングパターン形成方法である。
VD法又は熱拡散法等の薄膜形成方法により形成されて
いることを特徴とする請求項4に記載のエッチングパタ
ーン形成方法である。
対象物がSi基板であることを特徴とする請求項1から
請求項3の何れかに記載のエッチングパターン形成方法
である。
対象物が金属基板であることを特徴とする請求項1から
請求項3の何れかに記載のエッチングパターン形成方法
である。
された加工膜上にポジ型フォトレジスト層を設け、該レ
ジスト層に対して露光、現像及びポストベークを順に行
うことで微細パターンを形成し、該微細パターンを用い
て前記加工膜へのエッチング処理を行う工程と、当該エ
ッチング処理の後に、このエッチング処理で使用したレ
ジスト層に対して露光、現像及びポストベークを再度行
うことで新たな微細パターンを形成し、該新たな微細パ
ターンを用いて前記加工膜へのエッチング処理を行い、
該加工膜に厚さの異なる複数部位を形成する工程と、前
記レジスト層を除去した後、加工膜をマスクにして基板
のエッチング処理を行う工程と、前記加工膜における膜
厚の薄い部位を選択的に除去し、除去後の加工膜をマス
クにして基板の厚さ方向の途中までエッチング処理を行
う工程とを経て製造されることを特徴とする微細パター
ン加工品である。
られたポジ型フォトレジスト層に対して露光、現像及び
ポストベークを順に行うことで微細パターンを形成し、
該微細パターンを用いて前記基板へのエッチング処理を
行う工程と、当該エッチング処理の後に、このエッチン
グ処理で使用したレジスト層に対して露光、現像及びポ
ストベークを再度行うことで新たな微細パターンを形成
し、該新たな微細パターンをマスクにして基板の厚さ方
向の途中までエッチング処理を行う工程とを経て製造さ
れることを特徴とする微細パターン加工品である。
に基づいて説明する。まず、図1及び図2に基づき、基
板表面の加工膜(本発明のエッチング対象物の一種)に
対してエッチングを施し、この加工膜に厚さの異なる複
数部位を形成する一連の工程について説明する。なお、
この実施形態では、表面が(110)面とされたシリコ
ンウエハーを基板(以下、Si基板と称する。)として
用いている。
(SiO2膜)2を形成する。この酸化膜2は、Si基
板1に対するエッチング時に用いる加工膜として機能す
ると共に、レジスト層3の現像時における保護膜として
機能する。なお、この酸化膜2は任意の方法で形成する
ことができるが、CVD法や熱拡散法等の薄膜形成方法
が好ましい。これは、均一膜厚の酸化膜2を高い精度で
形成できるからである。そして、酸化膜2を形成したな
らば、そのSi基板1を洗浄し、不活性ガス中で十分に
乾燥させる。
ならば、酸化膜2上にレジスト層3を均一厚さで形成す
る。本実施形態では、このレジスト層3を、光照射によ
って光化学反応が起き、その反応により高分子チェーン
が分解して現像液に可溶性となるポジ型フォトレジスト
を用いて形成する。このポジ型フォトレジストとして
は、例えば、O−ナフトキノンジアジトとアルカリ可溶
性フェノール樹脂との混合樹脂等が挙げられる。
5000Å(10−10m)に設定することが好まし
い。ここで、レジスト層3の厚さ上限を15000Åに
設定したのは、レジスト層3が15000Åより厚い
と、後述する露光工程において、光がレジスト層3の最
下部まで到達する前に減衰し、膜下部が露光されずに現
像不良となってしまうからである。また、レジスト層3
の厚さ下限を8000Åに設定したのは、レジスト層3
が8000Åより薄いと、後述する第2レジストパター
ンの形成時においてレジスト層3の膜厚が過度に薄くな
り、露光エッジ部の形状の直線性が損なわれて歩留まり
が低下するからである。なお、このレジスト層3の形成
方法としては、スピンコートが好適に用いられる。
ベークを行い、このレジスト層3に含まれる溶剤を蒸発
させる。このプリベークは、例えば、80〜90℃の温
度で30分程度行う。
が形成されたフォトマスク(図示せず)を用いてレジス
ト層3上にマスキングを施し、その後、水銀ランプ等の
光源を用いて露光する。なお、フォトマスクとしては、
写真乾板と同様の構造のエマルジョンマスクの他、クロ
ムや酸化クロム等の薄膜をパターンニングしたハードマ
スクを用いることができる。また、露光方式としては、
フォトマスクとレジスト層3とを密着させて露光する密
着露光の他、フォトマスクをレジスト層3に密着させ
ず、フォトマスクの微細パターンをレジスト層3に投影
する投影露光を用いることができる。
ト層3を現像する。この現像には、例えば、珪酸ソーダ
やリン酸ソーダ等を含むアルカリ性現像液を用いる。そ
して、この現像処理により、図1(b)に示すように、
レジスト層3における露光部分が除去され、第1の微細
パターン3a(以下、第1レジストパターン3aと称す
る。)が形成される。なお、この現像工程において、残
存する未露光のレジスト層3の膜厚も多少減少する。
パターン3aが形成されたレジスト層3をポストベーク
し、Si基板1との密着性を高める。その際、ポストベ
ークは、100〜140℃の温度で、5〜15分程度の
時間行うことが好ましい。ここで、ポストベークの温度
上限を140℃に設定したのは、ポストベーク温度が1
40℃より高いと、後工程での感光特性が劣化し、所望
の寸法精度が得られなくなるからである。また、ポスト
ベークの温度下限を100℃に設定したのは、ポストベ
ーク温度が100℃より低いと、ベーク後のエッチング
時にレジスト層3とSi基板1との密着性が低くなり、
アンダーエッチ(レジスト層下に生じるエッチング)の
量が局部的に大きくなるからである。さらに、ポストベ
ーク時間の上限を15分に設定したのは、ポストベーク
時間が15分より長いと、ポストベーク温度が高い場合
と同様の現象が生じるからである。また、ポストベーク
時間の下限を5分に設定したのは、ワークが温まる時間
を考慮する必要があり、ポストベーク時間が5分より短
いと、ポストベーク温度が低い場合と同様にアンダーエ
ッチが発生し易いからである。
等の溶解液により酸化膜2を膜厚の途中までエッチング
(1段目段差エッチング)する。この1段目段差エッチ
ングにより、酸化膜2における第1レジストパターン3
aからの露出部分が除去され、図1(c)に示すような
1層目の段差パターン2aが形成される。なお、この段
差パターン2aの深さはエッチング時間で制御する。例
えば、酸化膜2内を厚さ方向に貫通させるために必要な
エッチング時間が12分であった場合、エッチング時間
を6分に設定することで、段差パターン2aの深さを基
板厚さの略中間にすることができる。同様に、エッチン
グ時間を4分に設定することで、段差パターン2aの深
さを基板厚さの略1/3にすることができる。そして、
本実施形態では、エッチング時間を6分に設定して厚さ
方向の略中間でエッチングを停止させている。
このエッチング処理で使用したレジスト層3に対して露
光、現像及びポストベークを再度行うことで新たな微細
パターンを形成する。
ト層3、即ち、第1レジストパターン3aが形成された
レジスト層3の上にマスキングを施して露光する。その
際、1回目の露光処理で付けたアラインメントマークを
2回目の露光におけるアラインメントに使用する。この
ようにすると、アラインメントマークが共通なのでアラ
インメント精度が向上する。また、上記したように、最
初に塗布するレジスト層3の厚さの下限を8000Åに
定めているので、露光エッジ部における形状の直線性を
良好に保つことができる。
ト層3を現像する。この現像処理により、図2(a)に
示すように、レジスト層3における露光部分が除去さ
れ、第2の微細パターン3b(以下、第2レジストパタ
ーン3bと称する。)が形成される。そして、現像を行
ったならば、第1レジストパターン3aを形成した時と
同様の条件でポストベークを行う。
ジストパターン3bを用いてHF溶液等により、酸化膜
2をエッチング(2段目段差エッチング)する。本実施
形態において、この2段目段差エッチングは、1層目の
段差パターン2aが膜厚方向に丁度貫通するまで行う。
例えば、この2段目段差エッチングにおけるエッチング
時間を6分間に設定する。これにより、図2(b)に示
すように、酸化膜2には厚さの異なる複数部位が形成さ
れる。即ち、第1レジストパターン3aに対応する1層
目の段差パターン(貫通部分)2aと、第2レジストパ
ターン3bに対応する2層目の段差パターン(薄肉部
分)2bと、第1レジストパターン3a及び第2レジス
トパターン3bの両方で未露光とされた未露光部分に対
応する厚肉部分2cとが形成される。
2(c)に示すように、酸化膜2の表面に残存している
レジスト層3(即ち、第2レジストパターン3bが形成
されたレジスト層3)を剥離除去し、純水等で洗浄す
る。このレジスト層3の除去は、例えば、H2SO4/
H2O2等の酸性溶液によって行う。
3をポジ型フォトレジストにより形成し、このレジスト
層3に微細パターンを形成した後の未露光部分を用いて
新たな微細パターンを形成している。このため、従来の
ように、微細パターン毎にレジスト層3の形成及び除去
を繰り返す必要がなく、1層のレジスト層3を用いて複
数種類の微細パターンを形成できる。従って、工程が簡
略化され、製造効率を向上させることができる。また、
フォトレジストの塗布回数を減らすことができるので、
製造コストを低減することができる。
作製された段差付きの酸化膜2を加工膜としたエッチン
グ処理(集中パターニング)により、Si基板1から微
細パターン加工品を作製する一連の工程について説明す
る。
上記の加工膜(酸化膜)2が形成されたSi基板1をK
OH等のアルカリ溶液に浸し、1段目のエッチングを行
う。この1段目のエッチングにより、Si基板1におけ
る1層目の段差パターン2aに対応する部分が浸食され
る。このとき、Si基板1の異方性によって浸食方向は
板厚方向となり、当該部分に1段目凹部1aが形成され
る。そして、このエッチングは、Si基板1における厚
さ方向の途中まで行う。本実施形態では、この1段目凹
部1aの深さをエッチング時間によって制御している。
まで1段目のエッチングを行ったならば、2層目の段差
パターン2bに対応する新たなエッチングパターンを作
製する。即ち、1段目のエッチングが終了した加工膜付
きのSi基板1をHF溶液等に浸すなどして、図3
(c)に示すように、加工膜2における薄肉部分2bを
除去する。この場合、加工膜2は全体的に厚さが薄くな
るので、溶液に浸す時間を適宜調整することで加工膜2
の薄肉部分2bのみを選択的に除去し、厚肉部分2cを
残す。
ば、このエッチングパターンをマスクにして2段目のエ
ッチングを行う。即ち、このエッチングパターンが形成
されたSi基板1をKOH溶液に浸す。この2段目エッ
チングにより、図4(a)に示すように、2層目の段差
パターン2bに対応する部分が浸食され、Si基板1に
2段目凹部1bが形成される。このとき、上記した1段
目凹部1aも同様に浸食されるので、Si基板1には、
1段目凹部1aと2段目凹部1bとからなる段差凹部が
形成される。そして、2段目凹部1bを、板厚方向の途
中であって所望の深さまで形成したならば、Si基板1
をKOH溶液から引き上げてエッチングを停止させる。
a,1bを形成したならば、図4(b)に示すように、
残存している加工膜2(厚肉部分2c)を除去し、微細
パターン加工品を得る。この加工膜2の除去は、例え
ば、HF溶液等に浸すことで行う。加工膜2を除去した
ならば、必要に応じてSi基板1の表面全体に酸化膜2
を形成する。
基板表面の加工膜(酸化膜)2を本発明におけるエッチ
ング対象物としていたが、本発明はこの形態に限定され
るものではない。例えば、基板を本発明のエッチング対
象として基板表面にポジ型フォトレジスト層を設け、こ
のフォトレジスト層を用いたエッチングにより、基板に
厚さの異なる複数部位を形成してもよい。以下、図5に
基づき、この方法を採った第2実施形態について説明す
る。
示すように、金属基板11の表面にポジ型フォトレジス
トを塗布してレジスト層12を形成する。このレジスト
層12の厚さは、先に説明したレジスト層3と同様に8
000Å〜15000Åとすることが好ましい。レジス
ト層12を形成したならば、このレジスト層12に対し
て対して露光、現像及びポストベークを順に行い、図5
(b)に示すように、第1の微細パターン(第1レジス
トパターン12a)を形成する。なお、この第1レジス
トパターン12aの形成条件も、先の第1実施形態と同
様である。
2aを形成したならば、この第1レジストパターン12
aをマスクにして金属基板11に対するエッチング処理
を行う。これにより、図5(c)に示すように、金属基
板11における第1レジストパターン12aに対応した
部分が浸食され、当該部分に1段目凹部11aが形成さ
れる。そして、本実施形態では、1段目凹部11aが金
属基板11を貫通する前にこのエッチング処理を停止す
る。
ング処理が終了したならば、この第1レジストパターン
12aが形成されたレジスト層12に対して新たな微細
パターン(第2レジストパターン12b)を形成する。
即ち、このレジスト層12における未感光部分に対し
て、露光、現像及びポストベークを再度行うことで、図
5(d)に示すように、第2レジストパターン12bを
形成する。
2bを形成したならば、この第2レジストパターン12
bをマスクにして金属基板11に対するエッチング処理
を行う。これにより、図5(e)に示すように、金属基
板11における第2レジストパターン12bに対応した
部分が浸食され、当該部分に2段目凹部11bが形成さ
れる。このとき、上記した1段目凹部11aも同様に浸
食されるので、金属基板11には、1段目凹部11aと
2段目凹部11bとからなる段差凹部が形成される。そ
して、2段目凹部11bが板厚方向途中の所望の深さに
形成されたならば、このエッチング処理を停止する。本
実施形態では、1段目凹部11aが金属基板11を貫通
する前にエッチング処理を停止している。
1a,11bを形成したならば、図5(f)に示すよう
に、残存しているレジスト層12を除去し、微細パター
ン加工品を得る。
12をポジ型フォトレジストにより形成し、このレジス
ト層12に微細パターン12aを形成した後の未露光部
分を用いて新たな微細パターン12bを形成している。
このため、1層のレジスト層12を用いて複数種類の微
細パターンが形成でき、製造効率の向上が図れる。ま
た、フォトレジストの塗布回数を減らせるので、製造コ
ストの低減が図れる。
ング対象物は金属基板11に限定されるもではない。例
えば、Si基板をエッチング対象物としても同様に実施
できる。
定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づい
て種々の変形が可能である。例えば、上記各実施形態で
は、1つのレジスト層3,12に対して露光、現像及び
ポストベークの一連の処理を2回繰り返して行っていた
が、この一連の処理を3回以上繰り返して行ってもよ
い。
シンの構成部品以外であってもよい。例えば、インクジ
ェット式記録ヘッドにおけるインク流路を形成するため
の流路形成基板でもよい。
下の効果を奏する。即ち、エッチング対象物の表面に設
けられたポジ型フォトレジスト層に対して露光、現像及
びポストベークを順に行うことで微細パターンを形成
し、該微細パターンによるエッチング対象物へのエッチ
ング処理の後に、このエッチング処理で用いたレジスト
層に対して露光、現像及びポストベークを再度行うこと
で新たな微細パターンを形成するので、1層のレジスト
層を用いて複数種類の微細パターンが形成できる。これ
により、厚さが異なる複数部位を備えた微細パターンを
エッチング対象物に形成する際において、工程の簡略化
が図れると共に、製造コストの低減が図れる。
であり、(a)は酸化膜が形成されたSi基板上にレジ
スト層を設けた状態を説明する図、(b)はレジスト層
に第1レジストパターンを形成した状態を説明する図、
(c)は第1レジストパターンによるエッチングを説明
する図である。
であり、(a)はレジスト層に第2レジストパターンを
形成した状態を説明する図、(b)は第2レジストパタ
ーンによるエッチングを説明する図、(c)はレジスト
層を除去した状態を説明する図である。
であり、(a)は加工膜が形成されたSi基板を説明す
る図、(b)は加工膜による1段目のエッチングを説明
する図、(c)は加工膜における薄肉部を除去した状態
を説明する図である。
であり、(a)は加工膜による2段目のエッチングを説
明する図、(b)は加工膜を除去した状態を説明する図
である。
ーン形成方法を示す概略図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 エッチング対象物の表面に設けられたポ
ジ型フォトレジスト層に対して露光、現像及びポストベ
ークを順に行うことで微細パターンを形成し、 該微細パターンによるエッチング対象物へのエッチング
処理の後に、このエッチング処理で用いたレジスト層に
対して露光、現像及びポストベークを再度行うことで新
たな微細パターンを形成することを特徴とするエッチン
グパターン形成方法。 - 【請求項2】 前記レジスト層の厚さを8000Å〜1
5000Åに設定したことを特徴とする請求項1に記載
のエッチングパターン形成方法。 - 【請求項3】 前記ポストベークの温度を100℃〜1
40℃に設定し、ポストベークの時間を5分〜15分に
設定したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
のエッチングパターン形成方法。 - 【請求項4】 前記エッチング対象物がSi基板表面に
形成された加工膜であることを特徴とする請求項1から
請求項3の何れかに記載のエッチングパターン形成方
法。 - 【請求項5】 前記加工膜がCVD法又は熱拡散法等の
薄膜形成方法により形成されていることを特徴とする請
求項4に記載のエッチングパターン形成方法。 - 【請求項6】 前記エッチング対象物がSi基板である
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載
のエッチングパターン形成方法。 - 【請求項7】 前記エッチング対象物が金属基板である
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載
のエッチングパターン形成方法。 - 【請求項8】 基板表面に形成された加工膜上にポジ型
フォトレジスト層を設け、該レジスト層に対して露光、
現像及びポストベークを順に行うことで微細パターンを
形成し、該微細パターンを用いて前記加工膜へのエッチ
ング処理を行う工程と、 当該エッチング処理の後に、このエッチング処理で使用
したレジスト層に対して露光、現像及びポストベークを
再度行うことで新たな微細パターンを形成し、該新たな
微細パターンを用いて前記加工膜へのエッチング処理を
行い、該加工膜に厚さの異なる複数部位を形成する工程
と、 前記レジスト層を除去した後、加工膜をマスクにして基
板のエッチング処理を行う工程と、 前記加工膜における膜厚の薄い部位を選択的に除去し、
除去後の加工膜をマスクにして基板の厚さ方向の途中ま
でエッチング処理を行う工程とを経て製造されることを
特徴とする微細パターン加工品。 - 【請求項9】 基板表面に設けられたポジ型フォトレジ
スト層に対して露光、現像及びポストベークを順に行う
ことで微細パターンを形成し、該微細パターンを用いて
前記基板へのエッチング処理を行う工程と、 当該エッチング処理の後に、このエッチング処理で使用
したレジスト層に対して露光、現像及びポストベークを
再度行うことで新たな微細パターンを形成し、該新たな
微細パターンをマスクにして基板の厚さ方向の途中まで
エッチング処理を行う工程とを経て製造されることを特
徴とする微細パターン加工品。
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