JP2006251231A - フォトマスクおよびその製造方法、電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン形成、修正、変更等の要求に対して低コストで迅速、容易に対応可能なフォトマスクの製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明のフォトマスクの製造方法は、液滴吐出法を用いて遮光性材料を含有する液状体の液滴を基板１３２上の所定の位置に吐出する吐出工程と、吐出した液状体の液滴を乾燥させることにより遮光性材料からなる遮光パターンを形成する乾燥工程とを備え、基板１３２上の複数の遮光パターンのうちの少なくとも一部の遮光パターンを、吐出工程と乾燥工程とにより形成することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトマスクおよびその製造方法、電子機器の製造方法に関し、特に液滴吐出法を用いたフォトマスクの製造方法に関するものである。

従来から、半導体デバイス、各種ディスプレイ等の電子機器の製造プロセスにおいて、薄膜パターンの形成にフォトリソグラフィー技術が多用されており、基板上に塗布したフォトレジスト等の感光性材料にフォトマスクのパターンを転写する方法が採られている。ところで、フォトマスクを製造する際には、ＣＡＤデータを基にレティクルを製作した後、縮小投影露光を繰り返し行ってマスターマスクを製作し、ワーキングマスク（コピー）を量産するという手法が一般的である。

ワーキングマスクの具体的な製造方法としては、石英ガラス等の透明基板上に例えばクロム蒸着膜を成膜し、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去といった、いわゆる半導体デバイスの製造工程と同様のフォトリソグラフィー技術を用いてレティクルのパターンを転写し、クロム膜をパターニングする方法が一般的に用いられる（例えば特許文献１参照）。その他、電子線による直接描画法などが採られることもある。
特開平９−７３１６６号公報

ところで、完成したフォトマスクを用いて電子機器を実際に製造した結果、バグが生じることがあり、フォトマスクのパターンを修正する必要が生じることがある。あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit,特定用途向け集積回路）と呼ばれる半導体デバイスのように、予め特定の機能を持ったいくつかの回路ブロックを備えた半完成品を用意しておき、配線のみを繋ぎ変えることで顧客要求に合わせたセミカスタムＩＣを製造するような場合には顧客仕様を入手した時点で配線の形成、修正が必要になる。この種のパターン形成、修正、変更等の要求に対して、従来の方法ではレティクルの修正から始まってフォトリソグラフィー工程を全てやり直し、新たなフォトマスクを製作する必要があるため、膨大な時間やコストがかかり、製品開発上の大きな問題となっていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、パターン形成、修正、変更等の要求に対して低コストで迅速、容易に対応可能なフォトマスクおよびその製造方法を提供することを目的とする。また、このフォトマスクを用いた電子機器の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のフォトマスクの製造方法は、液滴吐出法を用いて遮光性材料を含有する液状体の液滴を基板上の所定の位置に吐出する吐出工程と、吐出した前記液状体の液滴を乾燥させることにより前記遮光性材料からなる遮光パターンを形成する乾燥工程とを備え、前記基板上の複数の遮光パターンのうちの少なくとも一部の遮光パターンを、前記吐出工程と前記乾燥工程とにより形成することを特徴とする。

すなわち、本発明のフォトマスクの製造方法は、基板上に存在する複数の遮光パターンのうち、全ての遮光パターンを従来からのフォトリソグラフィー法により形成するのではなく、少なくとも一部の遮光パターンを液滴吐出法により形成しようというものである。具体的には、遮光性材料として例えばクロム等の金属微粒子を溶媒中に分散させた液状体の液滴を、インクジェット法等の液滴吐出法を用いて基板上に吐出させ、その後、液状体を乾燥させて遮光性材料を基板上に残存させ、遮光パターンを形成する。金属微粒子を含有する液状体を液滴吐出法で吐出させる技術は、金属配線形成技術として近年提案されており、実現が可能である。

したがって、新たなパターン形成やパターン修正、変更等が必要な箇所だけにこの方法を適用すれば、この部分ではフォトリソグラフィー技術が不要となり、パターン形成、修正、変更等を低コストで迅速、容易に実現することができる。また、上述したＡＳＩＣ等を製造する際に、特定機能を持った回路ブロックを備えた半完成品を準備しておく段階では従来通りのフォトリソグラフィー技術を用いたとしても、配線形成工程から完成までに上記の液滴吐出法を用いるようにすれば、顧客の仕様入手から製品出荷までの工期を短縮することができ、またコスト削減も可能になる。

また、前記基板上に吐出した前記液状体にレーザ光を照射することにより液状体の乾燥を行うようにしてもよい。
液状体の乾燥は任意の方法により液状体を加熱することで実現できるが、レーザ光照射による方法を採用すれば、局所的に液状体のみを加熱することができるので、基板上の他の部分に熱変形等のダメージを与えることなく、短時間に液状体を乾燥させることができる。

上述した乾燥工程は、基板上に前記液状体の液滴を吐出した後、レーザ光を照射しても勿論よいが、この手順に代えて、基板上の前記液状体の吐出目標位置に対して予めレーザ光を照射した状態で前記吐出目標位置に液状体を吐出することによって、液状体の液滴が基板上に着弾するのと同時に乾燥を行うようにしてもよい。
この方法によれば、液滴の濡れ広がりが抑えられ、微細な遮光パターンが形成できるとともに、液状体の吐出から乾燥までの処理時間を大幅に短縮することができる。

また、基板上に吐出した前記液状体の液滴にレーザ光を照射して液滴を乾燥させた後、乾燥した液滴の上にさらに液滴を積層する工程を備えてもよい。
フォトマスクの遮光パターンは充分な遮光性を有することが重要である。ところが、液状体の液滴を乾燥させて基板上に遮光性材料を残存させ、遮光パターンを形成した際、場合によっては遮光パターンの膜厚が充分に確保できず、光透過率を充分に下げられないことも考えられる。このような場合、乾燥させた液滴の上にさらに液滴を積層させると遮光パターンの膜厚を稼ぐことができ、充分な遮光性を得ることができる。この場合、積層する層数は任意に設定できる。

また、基板上の前記液状体の吐出目標位置の周囲に予めレーザ光を照射した状態で前記吐出目標位置に向けて液状体を吐出し、レーザ光によって液状体の液滴が基板上の吐出目標位置に着弾されるように液滴の吐出位置をガイドするようにしてもよい。
例えば微細な遮光パターンを形成しようとして液滴の径を微小にした場合、気流等により液滴の飛翔曲がりが生じ、所望の位置に高精度のパターンが形成できない恐れがある。その場合、レーザ光によるガイドを用いると、液状体の液滴を基板上の吐出目標位置に確実に着弾させることができ、所望の位置に高精度のパターンを形成することができる。なお、レーザ光によるガイドとは、吐出目標位置の周囲にレーザ光を照射し、レーザ光束を例えば帯状に形成しておけば、仮に液滴の飛翔曲がりが生じ、液滴がレーザ光束に触れたとすると、触れた部分の溶媒が気化し、その気圧によりレーザ光束から離れる方向に（あたかも液滴がレーザ光束ではね返されるかのように）液滴が吐出目標位置に誘導される、という現象を利用したものである。

さらに、乾燥工程を経た後に形成された遮光パターンにレーザ光または電子線を照射することによって、遮光パターンのトリミングを行う工程をさらに備えてもよい。
この方法によれば、液滴吐出工程と乾燥工程のみで完全な遮光パターンを形成しなくてもよく、例えば大きめの遮光パターンを形成した後、レーザ光または電子線で余分な部分を削る等のトリミングを施すことによって、所望の形状の遮光パターンを得ることができる。

フォトマスク上の複数の遮光パターンのうち、配線領域に属する遮光パターンを前記吐出工程と前記乾燥工程とにより形成するようにしてもよい。
フォトマスクの複数の遮光パターンのうち、どの部分に液滴吐出法を適用するかは任意に選択できるが、例えばＡＳＩＣ等の半導体デバイス用のフォトマスクを想定すると、機能ブロック領域内は各種メモリや論理回路が入り組んでパターン密度が高く、一方、配線領域内は比較的スペースが多くパターン密度が低い。液滴吐出法を用いてパターンを形成する場合、どうしてもフォトリソグラフィー法に比べてパターンの精細度を高くするのが難しいので、パターン密度が低い配線領域に適用するのが好ましい。

本発明のフォトマスクは、上記本発明のフォトマスクの製造方法により製造されたことを特徴とする。
本発明によれば、パターン修正、変更等の要求に対して低コストで迅速、容易に対応可能なフォトマスクを実現できる。

本発明の電子機器の製造方法は、上記本発明のフォトマスクを用いてパターンを形成することを特徴とする。
本発明によれば、低コスト、短納期でパターン修正、変更等の要求に対してフレキシブルに対応可能な電子機器を実現できる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態のフォトマスクを用いて製作する半導体デバイスの概略構成図である。本実施の形態では、半導体デバイスの一例としてＡＳＩＣの一種である液晶表示装置の駆動用ＬＳＩを作成する例を挙げて説明する。

本実施の形態の半導体デバイス１は、図１に示すように、ＲＯＭ（Read-Only-Memory）、ＲＡＭ(Random-Access-Memory)等からなるメモリ部２、多数のＭＯＳトランジスタから構成される複数の論理回路部３、メモリ部２や複数の論理回路部３間を接続する多数の配線が配置される配線部４（配線領域）、入出力ゲート部５、外部端子６等を備えている。配線部４は、メモリ部２，論理回路部３などと比べて遮光パターンの密度が低くなっている。

この半導体デバイスはＡＳＩＣの一種であり、顧客仕様を入手する以前にメモリ部２、複数の論理回路部３等を備えた半完成品を用意しておき、顧客仕様を入手した時点で配線部４内の配線のみを形成することで顧客要求に合わせたセミカスタムＩＣを作製するというものである。したがって、例えば配線層の一つであるアルミニウム層のパターニング用のフォトマスクを想定したとすると、本実施の形態ではメモリ部２、複数の論理回路部３の部分の遮光パターンはフォトリソグラフィー法により予め形成されており、配線部４内の遮光パターンのみを液滴吐出法を用いて形成するという設定で説明する。また、本実施の形態では、倍率が１／１０の縮小投影露光装置に用いるフォトマスクを製作する。したがって、半導体デバイス上で１μｍ幅の配線に対応する遮光パターンの幅は１０μｍとなる。この寸法ならば既存のインクジェット技術で充分に描画が可能である。

以下、本実施の形態の遮光パターンの形成方法を図２〜図４を用いて説明する。
図２〜図４は、遮光パターンを形成するためのパターン形成装置（液滴吐出装置）１００を示すとともに、遮光パターンの形成手順を示す工程図である。
図２に示すように、制御部１０２は、吐出ヘッド１２０，基板キャリッジ１３０，レーザ１４０およびアクチュエータ（図示略）の各々に駆動信号を出力し、システム全体を制御する。この制御部１０２はＣＰＵ、タイマクロック、遮光パターンを記憶したメモリ等を含んで構成されている。溶液タンク１１０には、例えばＣ_１４Ｈ_３０（ｎ−テトラデカン）等の有機溶媒に、遮光パターンの材料となる例えばクロム等の微粒子が分散された粘度２０ｍＰａ・ｓ程度の溶液が貯蔵されている。吐出ヘッド１２０は、ピエゾ素子による電気機械変換方式を用いたものであり、制御部１０２の制御の下、溶液タンク１１０から溶液の供給を受け、溶液を液滴化して吐出する。

液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御してノズル１２８から吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ^２程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズル１２８から吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散してノズル１２８から吐出されないというものである。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出してノズル１２８から吐出させるものである。なお、液滴吐出方式としては、液体材料を加熱し発生した泡（バブル）により液体材料を吐出させるバブル（サーマル）方式でも採用可能であるが、ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。

また、フォトマスクの遮光性材料をなす微粒子としては、クロムが好適に用いられる。その他にも、銀、銅、金、ニッケル、マンガンなどを用いることができる。遮光性材料の微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。微粒子の表面にコーティングするコーティング材としては、例えば立体障害や静電反発を誘発するようなポリマーが挙げられる。また、微粒子の粒径は５ｎｍ以上、０．１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍより大きいと、ノズルの目詰まりが起こりやすく、吐出ヘッド１２０による吐出が困難になるからである。また５ｎｍより小さいと、微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となるからである。

また、分散媒としては、上記の微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されないが、ｎ−テトラデカンの他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またはエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を挙げることができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また、液滴吐出方式への適用のし易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、特に好ましい分散媒としては水、炭化水素系化合物を挙げることができる。これらの分散媒は、単独でも、あるいは２種以上の混合物としても使用できる。

基板キャリッジ１３０は、制御部１０２の制御の下、吐出ヘッド１２０に対して基板１３２を水平方向に相対移動させる（搬送する）。この際、基板キャリッジ１３０は制御部１０２に含まれるメモリに記憶されている遮光パターンに従って基板１３２を走査する。これにより、基板１３２には、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴により遮光パターンが描画される。本実施形態においては、制御部１０２のメモリには図中Ａ方向と平行に延在する直線状の遮光パターンが記憶されているものとし、基板１３２の走査方向はＡ方向であるものとする。本実施形態では、フォトマスク用の基板１３２として好適な石英ガラス等の透明基板が用いられる。

溶液タンク１１０の側方にはレーザ光源１４０が設けられている。レーザ光源１４０は制御部１０２から出力される駆動信号に応じて２種類の強度（高レベルまたは低レベル）のレーザ光を射出して、基板１３２の上面を含む水平面内にレーザ光を集光させる。より詳細には、レーザ光は、その集光位置Ｐ１と吐出ヘッド１２０から吐出された液滴の着弾位置Ｐ２とを結ぶ直線が、基板１３２の走査方向（この例ではＡ方向）と平行になるように集光される。したがって、基板１３２上に吐出された液滴は、基板１３２のＡ方向の走査によりレーザ光の集光位置Ｐ１を通過する。レーザ光源１４０から射出されるレーザ光のうち、強度が低レベルのレーザ光は、基板１３２上に吐出された液滴の乾燥を促進させ、当該液滴を基板１３２上の塗布位置に定着させる役割を担っている。一方、強度が高レベルのレーザ光は、当該液滴に含まれるクロム微粒子群を焼成する役割を担っている。

次に、上記構成のパターン形成装置１００における遮光パターンのパターニング動作について説明する。この動作説明では、基板１３２の５回の走査により、Ａ方向と平行に延在する配線をパターニングする例について説明する。まず、第１回目の走査時において、制御部１０２は、吐出ヘッド１２０により液滴の吐出を開始して、これ以降一定の時間間隔にて液滴を吐出する。次いで、制御部１０２は、基板キャリッジ１３０により基板１３２をＡ方向に走査し、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴を、遮光パターンを描くように基板１３２上に着弾させる。この際、基板キャリッジ１３０は、時間的に連続して吐出された液滴の各々が、互いに離間した位置に着弾するような速度にて基板１３２を走査する。この結果、基板１３２においては、各液滴が離間した状態で塗布される。

このように液滴を離間させて塗布するのは、次の理由による。一般に、複数の液滴が互いに連続するように液滴を塗布すると、その液滴の連続体は、表面張力の作用により球に近づくように変形し、局所的な移動が生じる。そこで、本実施形態においては、液滴を互いに離間するように塗布して、各液滴を塗布位置に留めるようにしている。このように互いに離間するように塗布された液滴の各々は、基板キャリッジ１３０による基板１３２の搬送に伴い、レーザ１４０から射出されるレーザ光の集光位置Ｐ１へと順次搬送される。制御部１０２は、液滴が集光位置Ｐ１に到達すると、低レベル強度のレーザ光をレーザ１４０から射出させ、基板１３２上面にレーザ光を集光させる。この低レベル強度のレーザ光の射出タイミングは、吐出ヘッド１２０と基板１３２との距離や、液滴の吐出速度、吐出ヘッド１２０に出力される駆動信号、着弾位置Ｐ２と集光位置Ｐ１との距離などに応じて決定される。

基板１３２上の液滴は、集光位置Ｐ１を通過する間にレーザ光により加熱されて、液滴に含まれる有機溶媒が気化する。基板キャリッジ１３０は、液滴が集光位置Ｐ１を通過する間に有機溶媒が若干残る程度まで液滴が乾燥するような速度で基板１３２を走査する。この走査速度は、液滴に含まれる有機溶液の量やレーザ光の強度等に応じて設定することができる。このようなレーザ光の照射により、液滴に含まれるクロム微粒子が離散的に基板１３２に定着する。なお、１回の走査により液滴が必要十分に乾燥しなければ、液滴へのレーザ光の照射の処理についてのみ再走査しても良い。このように、液滴に含まれる溶媒等の成分が若干残る程度に液滴の一部を気化させ、遮光性材料（この例ではクロム微粒子）がその着弾位置から偏移しないように液滴を増粘させることを本明細書では「乾燥」と称する。

図３は第２回目の走査の様子を示す図である。同図および図５に示すように、基板キャリッジ１３０は、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴が第１回目の走査により塗布された液滴の間隙を埋める位置に着弾するように基板１３２を搬送する。ここで、このように液滴を着弾させれば、新たに塗布された液滴と、第１回目の走査により塗布された液滴とが部分的に接することとなるが、第１回目の走査により塗布された液滴は、レーザ光により既に乾燥されている。このため、新たに塗布された液滴が第１回目の走査により塗布された液滴と融合して局所的な移動を起こすおそれはない。この後、新たに塗布された液滴の各々は、引き続きレーザ光の集光位置Ｐ１まで順次搬送され、レーザ光により加熱されて乾燥される。以降、パターン形成装置１００においては、第３回、第４回の走査を同様にして行い、液滴を乾燥させつつ、溶液に含まれるクロム微粒子を遮光パターンに従って積層する。

図４は第５回目の走査の様子を示す図である。この第５回目の走査においては、上述の第１回目から第４回目までの処理とは異なり、液滴の乾燥の処理に代えて、クロム微粒子群の焼成に関わる処理が行われる。制御部１０２は、レーザ光源１４０のレーザ強度を低レベルから高レベルに切り替える。次いで、制御部１０２は、吐出ヘッド１２０による液滴の吐出を開始し、これ以降、一定の時間間隔にて液滴を吐出する。また、基板キャリッジ１３０は、第４回目の走査において乾燥された液滴の間隙に、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴が着弾するように基板１３２を搬送する。これにより、吐出液滴が、互いに離間するように基板１３２上に塗布される。

このようにして塗布された液滴は、前回までの走査により乾燥された液滴（クロム微粒子群１３４）とともに、レーザ光の集光位置Ｐ１へと搬送される。レーザ光源１４０は新たに塗布された液滴と、クロム微粒子群１３４とに向けて、高レベル強度のレーザ光を照射し、約３００℃までクロム微粒子群１３４を加熱してクロム微粒子群１３４を焼成する。これにより、クロム微粒子群１３４に含まれる各クロム微粒子が十分に結合し、遮光パターンが完成する。

本実施の形態の例のように、ＡＳＩＣにおける配線部４内の遮光パターンのみというように、新たなパターン形成等が必要な箇所だけに液滴吐出法を適用すれば、この部分ではフォトリソグラフィー技術が不要となり、パターン形成を低コストで迅速、容易に実現することができる。また、ＡＳＩＣ等を製造する際に、特定機能を持った回路ブロックを備えた半完成品を準備しておく段階では従来通りのフォトリソグラフィー技術を用いたとしても、配線形成工程から完成までに上記の液滴吐出法を用いるようにすれば、顧客の仕様入手から製品出荷までの工期を短縮することができ、またコスト削減も可能になる。

また、本実施形態のパターン形成装置１００によれば、液滴にレーザ光を照射することにより、塗布直後に液滴を乾燥させる。これにより、液滴に含まれるクロム微粒子を塗布位置から位置ずれを生じさせることなく基板１３２上に乾燥、定着させることができる。また、本実施形態の方法によれば、塗布された液滴はレーザ光により強制的に乾燥させられる。従って、液滴の塗布工程と塗布された液滴の自然乾燥工程とを繰り返し行う従来のパターニング技術と比較して処理時間を大幅に短縮することができる。あるいは、基板全体を加熱する方法に比べて、レーザ光を照射して基板１３２のうちクロム微粒子群１３４の部分のみを局所的に加熱しているため、基板１３２において熱膨張がほとんど生じることがなく、アライメントがずれる可能性や断線が発生する可能性が低くなる。しかも、本実施形態によれば、基板１３２全体ではなく、クロム微粒子群１３４のみを局所的に加熱するため、基板１３２ごと加熱する方式と比較して、エネルギー消費量を大幅に低減することが可能である。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。
第１実施形態においては、遮光性材料を含む液滴を塗布した後、当該液滴に低レベル強度のレーザ光を照射し、当該液滴を乾燥させて遮光パターンとするパターン形成装置１００について説明した。これに対し、第２の実施の形態においては、液滴の塗布と略同時に当該液滴にレーザ光を照射して液滴を乾燥させるパターン形成装置について説明する。本実施形態のパターン形成装置の構成のうち、上述した第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用いて説明する。

図６は第２実施形態に関わるパターン形成装置２００の構成図である。同図に示すように、同装置２００は第１実施形態のパターン形成装置１００と比較すると、レーザ光の光路に反射体１８０が新たに追加されている。この反射体１８０は、レーザ光源１４０から射出されたレーザ光を、基板１３２上面のうち吐出ヘッド１２０から吐出された液滴の着弾位置Ｐ２に集光するように反射する。仮に、吐出ヘッド１２０から液滴が吐出されてから着弾するまでの期間において、基板１３２がほとんど走査されないとみなせるならば、反射体１８０は、基板１３２上面のうち吐出ヘッド１２０に設けられたノズル１２８の鉛直下方の地点にレーザ光を集光させる。

このような構成により、パターニング時においては、レーザ光は反射体１８０により液滴の着弾位置Ｐ２に集光される。これにより、吐出ヘッド１２０から吐出された液滴は着弾と略同時にレーザ光により加熱され、着弾と略同時に乾燥させられる。この結果、上述の第１実施形態と同様に、液滴に含まれるクロム微粒子を塗布位置（着弾位置Ｐ２）に定着させることができる。すなわち、本構成では、基板上の液滴の吐出目標位置に対して予めレーザ光を照射した状態で吐出目標位置に液滴を吐出することによって、液滴が基板上に着弾するのと同時に乾燥を行うので、液滴の濡れ広がりが抑えられ、微細な遮光パターンが形成できるとともに、液滴の吐出から乾燥までの処理時間を大幅に短縮することができる。

なお、本実施形態においては、反射体１８０を用いて反射光（レーザ光）を着弾位置Ｐ２に集光させる例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、レーザ光源１４０から射出された直接光（レーザ光）が着弾位置Ｐ２に集光されるような位置にレーザ１４０を設ける構成としても良い。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態について図面を用いて説明する。
第１、第２実施形態においては、遮光性材料を含む液滴にレーザ光を照射し、当該液滴を乾燥させて遮光パターンとするパターン形成装置について説明した。これに対し、第３の実施形態においては、レーザ光の照射により基板上に吐出する液滴の進路をガイドするパターン形成装置について説明する。

図７は、パターン形成装置１０の構成図である。制御部５は、パターン形成装置１０の各部の動作を統括する。溶液タンク３には、第１，第２実施形態と同様、液状体としてクロム微粒子をｎ−テトラデカンで分散させた溶液が収容されている。溶液タンク３に収容された溶液は、配管４を介して吐出ヘッド２５に供給され、その後、吐出ヘッド２５から液滴として吐出される。本実施形態に係るパターン形成装置１０は、基板９上にクロム微粒子分散液を液滴として吐出し、その後、基板９上の分散媒を蒸発させることにより、基板９上にクロムを残存させ、これにより遮光パターンを形成する装置である。

吐出ヘッド２５は、基板９に対してクロム微粒子分散液を液滴として吐出する部材である。実際のヘッド部２０は、このような吐出ヘッド２５を複数個備えており、制御部５により各々の吐出ヘッド２５に駆動信号が供給される。また、レーザ２１は、基板９に対してレーザ光を射出するための装置である。実際のヘッド部２０は、このようなレーザ２１を複数（本実施形態では６個）備えており、各レーザ２１が各吐出ヘッド２５を取り囲むようにして配設されている。

図８は、このようなヘッド部２０から、液滴の吐出およびレーザ光の射出を行った場合の液滴およびレーザ光の進路方向（軌跡）を図示したものである。図８では、１つの吐出ヘッド２５および当該吐出ヘッド２５の周りに配設したレーザ２１に着目して、液滴およびレーザ光の進路について示した。
ノズルの詰まりや空気抵抗の影響が無視できるとすれば、図８に示すように、ノズルから吐出された液滴は、与えられた運動量によって基板９の目標位置に落下（着弾）する。ここで、吐出目標位置９Ｚは、ヘッド部２０とステージ１２との相対位置調整によって予め調整されている。本実施例においては、吐出目標位置９Ｚはノズルの真下に位置することを想定した。

一方、図９は、ノズルの詰まりや空気抵抗の影響等により、液滴の進路が曲げられてしまう場合を図示したものである。
図９に示すように、液滴の進路方向は、基板９上の吐出目標位置９Ｚとは別の方向に逸れることになるが、当該液滴はレーザ光のいずれかと衝突する。そして、この衝突により、液滴は跳ね返される方向に進路変更される。これにより、液滴は、基板９の吐出目標位置９Ｚに無事着弾されることになるのである。なお、図９では、液滴とレーザ光が１回だけ衝突した例を図示したが、さらに多くの衝突を繰り返した後、最終的に液滴が吐出目標位置９Ｚに着弾する場合もある。

液滴とレーザ光とが衝突し、液滴がレーザ光に跳ね返される現象は、レーザ光の光エネルギーにより液滴の一部が気化することに基づくものである。すなわち、液滴がレーザ光に近づいていくと、液滴のうちレーザ光に近い部分が温度上昇し、当該部分が気化する。そして、気化する際に発生するエネルギーにより、レーザ光に近づいた液滴が、レーザ光から遠ざかるように進路変更される。本発明者は、このように、レーザ光を吐出目標位置９Ｚの近隣位置（周囲位置）に照射しておけば、液滴がレーザ光によって囲まれる領域内を進行（落下）していき、最終的に吐出目標位置９Ｚにたどり着くようになる点に着目したのである。

ここで、隣り合うレーザ光の間から液滴がすり抜けていくのを防止するために、液滴の半径やレーザ光のビーム径を考慮した上で、レーザー光を照射する位置間隔を決めておけばよい。なお、液滴がレーザ光により跳ね返される現象は、気化する際に発生するエネルギーや液滴の運動量に基づいて解析することができる。このため、予めシミュレーション実験を行い、液滴がレーザ光に跳ね返される好適な条件を求めておくのが好ましい。

以上が本実施形態のパターン形成装置１０の動作原理である。このように、パターン形成装置１０によれば、吐出ヘッド２５の詰まりや空気抵抗の影響等によって、液滴の進路方向が吐出目標位置９Ｚに向かう方向から反れた場合であっても、当該液滴は、周囲のレーザー光に跳ね返されるようにして進路変更しながら、本来の吐出目標位置９Ｚにたどり着く（着弾する）。

以上説明したように、本実施形態に係るパターン形成装置１０によれば、高い位置精度により基板上にクロム微粒子分散液の液滴を着弾させることができる。その結果、遮光パターンの寸法精度や位置精度に優れたフォトマスクを製作することができる。

［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態について図面を用いて説明する。
本実施形態においては、レーザ光の照射により基板上に吐出する液滴を複数積層し、厚膜の遮光パターンを形成するのに好適なパターン形成装置について説明する。

図１０は、パターン形成装置の概略構成を示す図である。
パターン形成装置は、液滴吐出ヘッド１と制御装置ＣＯＮＴとステージ７とを備えている。ステージ７は、このパターン形成装置によりクロム微粒子分散液を塗布される基板Ｐを支持するものである。液滴吐出ヘッド１は、複数の吐出ノズルを備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、複数の吐出ノズルが液滴吐出ヘッド１の下面に一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド１の吐出ノズルからは、ステージ７に支持されている基板Ｐに対して、上述したクロム微粒子を含む分散液が吐出される。

また、本実施の形態においては、図１０に示すように、液滴吐出ヘッド１の走査方向の一方側に光検出器１１が配置され、液滴吐出ヘッド１の走査方向の他方側にレーザ光源１２が複数のノズル毎にそれぞれ設けられている。光検出器１１は、液滴吐出ヘッド１の直下の位置に検知光を照射し、その反射光を検出することにより積み重なった液滴の頂部位置を検出するものであり、検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。なお、液滴の頂部位置検出としては、反射光の広がりを調べる方法、回折光の分布を調べる方法等を用いてもよい。さらに、液滴の吐出数と、積み上げられた液滴の頂部位置との関係を予め求めておき、吐出した液滴数に応じて頂部位置を求めることも可能である。この場合、光検出器を省略することができる。

レーザ光源１２は、制御装置ＣＯＮＴの制御の下、液滴吐出ヘッド１の下方に向けて斜入射でレーザ光を照射するものであり、内部にはレーザ光を集光する光学素子（図示略）が設けられている。制御装置ＣＯＮＴは、光学素子の位置を調整することにより、レーザ光の焦点位置、すなわちレーザ光による光エネルギー付与位置を調整することが可能な構成となっている。なお、本実施の形態では、微小径の液滴に対して効果的に光エネルギーを付与するために、ビーム中心の光強度が高くなるビームプロファイルとした。

以下、上記のパターン形成装置を用いた液滴塗布方法について説明する。
まず、液滴吐出ヘッド１に対して遮光パターンを形成すべき位置に基板Ｐを移動させ、位置決めする。そして、ヘッド１のノズル２５から一滴目の液滴Ｌを吐出して基板Ｐ上に塗布する。塗布した液滴Ｌ（Ｌ１とする）は、表面張力により一旦丸い状態となるが、基板Ｐの表面が親液化されていると、一定の時間、または、液滴の表面エネルギーに応じた時間（例えば約２０マイクロ秒）が経過した後に基板Ｐの表面エネルギーと液滴表面エネルギーに応じた接触角になるまで濡れ拡がる。この時間は既知であるため、制御装置ＣＯＮＴは、液滴Ｌ１が基板Ｐの表面で濡れ拡がる前にレーザ光源１２からレーザ光（例えば１．０Ｗ／ｍｍ^２を１ミリ秒）を照射させる。レーザ光の照射により光エネルギーが付与された液滴Ｌ１は、乾燥または焼成する。この液滴Ｌ１に対するレーザ光の照射は、次（二滴目）の液滴が積み重ねられればよいため、必ずしも焼成する必要はなく、表面が乾く程度のエネルギーでよい。

１滴目の液滴Ｌ１が定着したら、制御装置ＣＯＮＴはこの液滴Ｌ１上に液滴吐出ヘッド１から２滴目の液滴Ｌ２を吐出させ、液滴Ｌ２が液滴Ｌ１上に塗布された後に、直ちにレーザ光を照射させる。このとき、レーザ光を照射すべき位置（集光位置）は、液滴Ｌ１に対してレーザ照射するときよりも高い位置になっている。そのため、制御装置ＣＯＮＴは、光検出器１１が検出した液滴Ｌ２の頂部位置に基づいてレーザ光源１２の光学素子を移動させ、レーザ光の焦点位置（光エネルギーの付与位置）を液滴Ｌ２の頂部に変更する。

また、液滴Ｌ１は基板Ｐ上に塗布されていたが、液滴Ｌ２は液滴Ｌ１上に塗布されているため、レーザ照射点における反射率が異なる。そのため、液滴Ｌ２に対して液滴Ｌ１と同等の光エネルギーを付与すると、液滴Ｌ２に加わる熱が大きくて蒸発してしまう可能性がある。そのため、制御装置ＣＯＮＴは、２滴目以降の液滴に対しては、１滴目の液滴Ｌ１よりも小さな光エネルギー（例えば０．５Ｗ／ｍｍ^２を１ミリ秒）を付与するというように、液滴の着弾部位の材質に応じて光エネルギーの付与量を設定する。
このように、液滴Ｌ２に光エネルギーを付与して乾燥または焼成することで、液滴Ｌ１上に液滴Ｌ２を積み重ねた状態で塗布・定着させることができる。
そして、同様の手順で液滴Ｌ２上に液滴Ｌ３以降を塗布、乾燥または焼成を順次繰り返し、さらにこの動作を走査方向に繰り返すことにより、基板Ｐ上に高さ数百ミクロン程度の遮光パターンを形成することができる。

フォトマスクの遮光パターンは充分な遮光性を有することが重要であるが、遮光パターンを形成した際、場合によっては遮光パターンの膜厚が充分に確保できず、光透過率を充分に下げられないことも考えられる。このような場合、本実施の形態のように、乾燥させた液滴の上にさらに液滴を積層させると遮光パターンの膜厚を稼ぐことができ、充分な遮光性を得ることができる。

［第５の実施の形態］
以下、本発明の第５の実施の形態について図面を用いて説明する。
第１〜第４の実施の形態においては、液滴吐出法を用いて遮光パターンを最初から描画していく設定で説明したが、本実施形態においては、既に一部出来上がった遮光パターンに対して液滴吐出法を用いて修正パターンを形成する例について説明する。

本実施形態においては、図１１（ａ）に示すように、液滴吐出法を用いて遮光パターンを形成する前に、直線状の遮光パターン３０ａ，３０ｂが予め形成されている。これら遮光パターン３０ａ，３０ｂは、例えばフォトリソグラフィー法により、配線部４以外のメモリ部２、論理回路部３等の遮光パターンと同時に形成されたものである。
次に、図１１（ｂ）に示すように、第１〜第４の実施形態で述べたのと同様、基板上のパターン修正箇所にインクジェット法を用いてクロム微粒子分散液の液滴を吐出する。ここでは、遮光パターン３０ａ，３０ｂの間に液滴の溜まり部分３１を形成する。この溜まり部分３１は１滴の液滴で形成しても良いし、複数の液滴で形成しても良く、パターン修正箇所の大きさに合わせて適宜設定が可能である。

次に、図１１（ｃ）に示すように、基板上に吐出したクロム微粒子分散液の液滴を乾燥、焼成する。この場合、第１の実施形態で述べたように、レーザ光を用いて乾燥、焼成しても良いし、基板加熱等により行っても良い。あるいは、第２の実施形態で述べたように、吐出目標位置に予めレーザ光を照射しておくことによって着弾と同時に乾燥、焼成しても良い。いずれの方法にしても、液滴の乾燥、焼成後、液滴の溜まり部分３２は、図１１（ｂ）に示した乾燥前の溜まり部分３１に比べて小さくなる。
次に、図１１（ｄ）に示すように、液滴の溜まり部分３２にトリミングを施し、所望の遮光パターン３３ａ，３３ｂを形成する。具体的には、高強度のレーザ光を照射して円形の溜まり部分３２の周縁部を直線状に削除するとともに、溜まり部分３２の中央部を直線状に切り離すことによって、２本の直線状の遮光パターン３０ａ，３０ｂを基に２つのコ字状の遮光パターン３３ａ，３３ｂを形成する。

本実施の形態の方法によれば、液滴吐出工程と乾燥工程のみで所望の遮光パターンを形成しなくてもよく、例えば大きめの遮光パターン（図１１（ｃ）の液滴溜まり部分３２）を形成した後、レーザ光で余分な部分を削る等のトリミングを施すことによって、所望の形状の遮光パターン３３ａ，３３ｂを得ることができる。

なお、上記実施の形態では、図１１（ｃ）の乾燥工程と図１１（ｄ）のトリミング工程とを別個に行ったが、液滴を乾燥させる前に高強度のレーザ光を照射すると、液滴が流動してその部分から逃げるため、乾燥工程とトリミング工程とを同時に行うこともできる。さらに、上記実施の形態ではトリミングにレーザ光を用いたが、レーザ光に代えて電子線を用いても良い。電子線を用いるとより精細なトリミング（除去）が可能になる。

［電子機器］
上記実施の形態で説明したフォトマスクを用いて複数のフォトリソグラフィー（レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去）工程を実施することにより、図１に示したような液晶表示装置の駆動用ＬＳＩを作成することができる。
図１２はこの駆動用ＬＳＩを搭載した電子機器の一例である液晶表示装置を示す斜視図である。この図に示すように、液晶表示装置１３０４を構成する２枚の透明基板１３０４ａ，１３０４ｂの一方に、金属の配線パターンが形成されたポリイミドテープ１３２２に駆動用ＬＳＩ１３２４を実装したＴＣＰ（Tape Carrier Package）１３２０を接続して、液晶表示装置を構成することができる。
本構成によれば、上記実施の形態のフォトマスクを使用して作製した駆動用ＬＳＩを用いたことで、低コスト、短納期でパターン修正、変更等の要求に対してフレキシブルに対応可能な電子機器を実現できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば遮光パターンの構成材料、パターン形成装置の詳細な構成、製造条件等の具体的な記載については適宜変更が可能である。また、上記実施の形態では、ＡＳＩＣにおいて配線層を形成する例で説明したが、ＡＳＩＣに限らず、他の半導体デバイス用フォトマスクの遮光パターンのバグの修正時に本発明を用いても良い。この場合、バグの修正が低コスト、短期間で容易に実施でき、多大な効果が得られる。

本発明のフォトマスクを使用して作製する半導体デバイスの一例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態のパターン形成装置およびパターン形成方法を示す工程図である。 同、工程図の続きである。 同、工程図の続きである。 同、遮光パターンを拡大視した平面図である。 本発明の第２実施形態のパターン形成装置を示す図である。 本発明の第３実施形態のパターン形成装置を示す図である。 同、パターン形成装置によるレーザガイドの原理を示す図である。 同、パターン形成装置によるレーザガイドの原理を示す図である。 本発明の第４実施形態のパターン形成装置を示す図である。 本発明の第５実施形態のパターン形成方法を示す図である。 本発明の電子機器の一例を示す液晶表示装置の斜視図である。

符号の説明

１…半導体デバイス、４…配線部（配線領域）、９，１３２…基板、１０，１００，２００…パターン形成装置、１２，１４０…レーザ光源、２５，１２０…吐出ヘッド。

Claims (9)

1. 液滴吐出法を用いて遮光性材料を含有する液状体の液滴を基板上の所定の位置に吐出する吐出工程と、
   吐出した前記液状体を乾燥させることにより前記遮光性材料からなる遮光パターンを形成する乾燥工程と、を備え、
   前記基板上の複数の遮光パターンのうちの少なくとも一部の遮光パターンを、前記吐出工程と前記乾燥工程とにより形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
2. 前記基板上に吐出した前記液状体の液滴にレーザ光を照射することにより前記液状体の乾燥を行うことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
3. 前記基板上の前記液状体の液滴の吐出目標位置に対して予め前記レーザ光を照射した状態で前記吐出目標位置に前記液状体の液滴を吐出することにより、前記液状体の液滴が前記基板上に着弾するのと同時に乾燥を行うことを特徴とする請求項２に記載のフォトマスクの製造方法。
4. 前記基板上に吐出した前記液状体の液滴にレーザ光を照射して前記液滴を乾燥させた後、乾燥した液滴の上にさらに液滴を積層する工程を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のフォトマスクの製造方法。
5. 前記基板上の前記液状体の液滴の吐出目標位置の周囲に予め前記レーザ光を照射した状態で前記吐出目標位置に向けて前記液状体の液滴を吐出し、前記レーザ光によって液状体の液滴が前記基板上の吐出目標位置に着弾されるように前記液滴の吐出位置をガイドすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のフォトマスクの製造方法。
6. 前記乾燥工程を経た後に形成された遮光パターンにレーザ光または電子線を照射することによって、前記遮光パターンのトリミングを行う工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のフォトマスクの製造方法。
7. フォトマスク上の複数の遮光パターンのうち、配線領域に属する遮光パターンを前記吐出工程と前記乾燥工程とにより形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のフォトマスクの製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載のフォトマスクの製造方法により製造されたことを特徴とするフォトマスク。
9. 請求項８に記載のフォトマスクを用いてパターンを形成することを特徴とする電子機器の製造方法。
   

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