JP2006261428A - パターン形成方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができるパターン形成方法及び露光装置を提供する。
【解決手段】 被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間を離間させて、被処理部材５上に形成された撥液膜６とフォトマスク７との間に空間を生じさせる。また、被処理部材５上に形成された撥液膜６とフォトマスク７との間の空間には、気体発生装置１６から導入管１５を介して窒素ガス１８を流入させる。さらに、フォトマスク７の光透過部１０を介して、被処理部材５上の配線パターン形成部分に対して紫外線１３を照射することにより、配線パターン形成部分の撥液膜６が分解して揮発成分が発生する。発生した揮発成分は、被処理部材５上に形成された撥液膜６とフォトマスク７との間の空間に放出され、窒素ガス１８とともに該空間から排出管１９を介して外部へ排出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターン形成方法及び露光装置に関する。

従来、半導体デバイス、半導体デバイス実装部品、各種パネル表示装置、ＩＣカード、光デバイス等において、基板上に金属パターンを形成する方法として、メッキによって行う方法が行われている。このメッキによる金属パターンの形成方法においては、特許文献１によれば、パターンを形成する溶液に対して撥液性のある撥液膜を基板上に形成させた後、フォトマスクを介して基板上のパターンを形成する部分に紫外線を照射させ、撥液膜を除去して金属パターンを形成するようにしている。この方法によれば、不要なメッキを除去する薬品等によって金属腐食等生じない上に、メッキ除去工程が不要であることから、生産性に優れている。
特開平２００３−１２４２１５号公報

しかしながら、フォトマスクと撥液膜とを直接接触した状態で紫外線を照射してしまうと、パターンを形成する部分の撥液膜が分解して発生する揮発成分がフォトマスクの透過部周辺に滞留する。そして、この揮発成分が基板の表面や撥液膜に吸着して汚染する。また、紫外線を照射する際に、紫外線と酸素とが反応してオゾンが発生し、このオゾンが基板の表面や撥液膜を活性化させて親液性にしてしまう。これにより、パターン処理の際のパターン精度が低下し、生産性が低下する問題が生じていた。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができるパターン形成方法及び露光装置を提供することにある。

本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料を含む機能液に対して撥液性を有し、かつ光で揮発する組成物の膜を基板上に形成し、パターン形成領域の部分に透過部を有するフォトマスクを介して前記基板上のパターン形成領域に前記光を照射して前記パターン形成領域における前記組成物の膜を除去した後、前記基板上に前記機能液を塗布してパターンを形成するパターン形成方法において、前記フォトマスクと前記基板とを一定の間隔で離間させて、前記間隔に気体を導入しながら前記組成物の膜を除去する。

本発明のパターン形成方法によれば、フォトマスクと基板との間を離間させて、基板上に形成された組成物の膜に光を照射する。これより、光の照射によって組成物の膜が分解して生じた揮発成分は、フォトマスクと基板とが直接密着した状態ではないために、フォトマスクの透過部周辺に滞留せずに、フォトマスクと基板との間に生じた空間に移動することができる。従って、揮発成分が基板上のパターン形成領域及び組成物の膜に吸着し、汚染することが抑制される。さらに、フォトマスクと基板との間に生じた空間には気体が流されていることから、揮発成分は、フォトマスクと基板との間の空間から即座に除外される。従って、揮発成分が基板上のパターン形成領域及び組成物の膜に接触する機会が格段に少なくなり、基板上のパターン形成領域や組成物の膜への汚染は一層抑制される。即ち、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

このパターンの形成方法は、前記気体は、不活性ガスである。このパターンの形成方法によれば、フォトマスクと基板との間に生じた空間に流す空気は不活性ガスである。これにより、不活性ガスの雰囲気下で組成物の膜に対する光の照射が行われるため、フォトマスクと基板との間の空間内では、光の照射によって生じるオゾンの発生を抑えることができる。従って、オゾンによって基板上のパターン形成領域や組成物の膜が活性化され、親液性となるのを抑制することができる。即ち、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

このパターンの形成方法は、前記気体は窒素ガスである。このパターンの形成方法によれば、フォトマスクと基板との間に生じた空間に流す気体には窒素ガスを使用することができる。従って、安価で危険性の少ない気体として容易に取り扱うことができる。

このパターンの形成方法は、前記光の照射は、紫外線を照射することにより行う。このパターンの形成方法によれば、光には紫外線を使用することができる。これにより、基板上に形成されたパターン形成領域の組成物の膜を分解・揮発するだけでなく、パターン形成領域面に付着した有機物も分解する。従って、組成物の膜が分解された基板上のパターン形成領域面に対して大きな親液性を付与することができる。即ち、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

このパターンの形成方法は、前記光の照射は、１７２ｎｍエキシマ紫外線を照射することにより行う。このパターンの形成方法によれば、光に１７２ｎｍエキシマ紫外線を使用したことによって、一段と効率よく、基板上に形成されたパターン形成領域の組成物の膜を分解・揮発することができる。従って、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

このパターンの形成方法は、前記間隔は、１０μｍ〜１００μmの間である。このパタ
ーン形成方法によれば、フォトマスクと基板とを１０μｍ〜１００μmの間隔で離間させ
た。これにより、より確実に、基板上に形成されたパターン形成領域の組成物の膜を揮発させることができる。従って、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

本発明の露光装置は、パターン形成材料を含む機能液に対して撥液性を有し、かつ光で揮発する組成物の膜が形成される基板を配置するテーブルと、パターン形成領域の部分に透過部を有するフォトマスクと、前記フォトマスクと前記基板との距離を調節可能な位置調節手段と、前記フォトマスクを介して前記組成物の膜の前記パターン形成領域に光を照射する光源部と、前記基板と前記フォトマスクとの間に気体を供給する気体供給手段と、を有する。

本発明の露光装置によれば、フォトマスクと基板との間を離間させて、基板上に形成された組成物の膜に光を照射する。これより、光照射によって組成物の膜が分解して生じた揮発成分がフォトマスクの透過部周辺に滞留せずに、フォトマスクと基板との間に生じた空間に移動することができる。従って、揮発成分が基板上のパターン形成領域及び組成物の膜に吸着し、汚染することが抑制される。さらに、フォトマスクと基板との間の空間には気体が流されることから、揮発成分はフォトマスクと基板との間の空間から即座に除外される。従って、揮発成分が基板上のパターン形成領域及び組成物の膜に接触する機会が格段に少なくなり、基板上のパターン形成領域及び組成物の膜への汚染が一層抑制される。即ち、パターン形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

以下、本発明に係る露光装置の実施形態を図１〜図２に従って詳細に説明する。
図１は露光装置の説明図である。図１において、露光装置としてのチャンバ１は、略直方体の形状をした箱体であり、その内部空間２にはテーブルとしてのステージ４が設けられている。ステージ４は、チャンバ１の底部３に配置されて、図示しない搬送手段によってチャンバ１の内外へ搬入搬出可能になっている。ステージ４の上面４ａには、基板としての被処理部材５が載置固定されている。

図１及び図２（ａ）に示すように、被処理部材５の上面５ａには、撥液膜６が形成されている。撥液膜６は、チャンバ1による露光処理の前工程で行われた撥液膜形成工程にて
形成される。撥液膜６は、ＣＦ４ガス及び直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物を加熱気化させたガスをプラズマ化して活性化させることにより、被処理部材５の表面で活性な直鎖状有機物を重合させて形成した撥液性のあるフッ素樹脂重合膜である。本実施形態においては、撥液膜６の厚みは、１００オングストローム程度に形成されている。そして、撥液膜６が形成された被処理部材５は、撥液膜６を上側にしてステージ４の上面４ａに載置固定されている。

撥液膜６が形成された被処理部材５の上方であって、撥液膜６と相対向する位置にはフォトマスク７が設けられている。フォトマスク７は、光透過性のガラス基板８の撥液膜６と対峙する側の片面８ａには、金属膜を蒸着して光を透過させない非光透過部９と、光を透過させる光透過部１０とを有している。光透過部１０は被処理部材５上のパターン形成領域としての配線パターン形成部分と対応するように形成されている。そして、フォトマスク７は、金属膜（非光透過部９）が形成された片面８ａをステージ４側に向けて、支持部材１１によって支持固定されている。

支持部材１１は、その一端部が位置調節手段としての昇降機１２と連結されている。そして、昇降機１２によって支持部材１１が上下に水平移動されることにより、フォトマスク７と被処理部材５（撥液膜６）との距離（間隔）を自由に調節することができる。本実施形態では、フォトマスク７と撥液膜６との間隔を１００μｍとしている。

チャンバ１の上面１ｃ、即ち、フォトマスク７と相対向する位置には、光源部としての紫外線ランプ１４が配設されている。紫外線ランプ１４は光としての紫外線１３をフォトマスク７に向って照射する。

チャンバ１の右側面１ａであって、ステージ４に積置固定された被処理部材５の上面５ａと略同じ高さ位置には、気体供給手段としての導入管１５の一端が接続されている。その導入管１５の他端は、気体供給装置１６に接続されている。気体供給装置１６は、本実施形態では、気体及び不活性ガスとしての窒素ガス１８を導入管１５を介してチャンバ１内に導入する。そして、チャンバ１内に導入された窒素ガス１８を、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間に生じた空間（間隔１００μｍの空間）に窒素ガス１８を導入するようになっている。

さらに、チャンバ１の左側面１ｂであって、前記導入管１５と対向する位置には、排出管１９の一端が接続され、その排出管１９の他端は図示しない回収室に接続されている。そして、被処理部材５とフォトマスク７との間の空間に導入された窒素ガス１８は、排出管１９を介して外部に排出されるようになっている。従って、導入管１５から被処理部材５とフォトマスク７との間に生じた空間に導入された窒素ガス１８は、撥液膜６とフォトマスク７の間の空間を通過して、排出管１９から外部へ排出される。

次に、本実施形態による露光装置としてのチャンバ１を使用して、被処理部材５上に配線パターン３０を形成する方法を説明する。
先ず、被処理部材５上に配線パターン３０を形成する場合、昇降機１２を起動させて、支持部材１１を上下に水平移動させることにより、ステージ４上に配置された被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７とを１００μｍ離間させる。そして、気体供給装置１６から、窒素ガス１８を導入管１５を介してチャンバ１内に導入し、窒素ガス１８を撥液膜６とフォトマスク７との間の空間に導入させる。次に紫外線ランプ１４を点灯し、フォトマスク７を介して撥液膜６に紫外線１３を照射する。

詳しくは、図２（ｂ）に示すように、紫外線ランプ１４から照射された紫外線１３が、フォトマスク７の光透過部１０を介して被処理部材５上の配線パターン形成部分に形成された撥液膜６に照射される。これにより、被処理部材５上の配線パターン形成部分に形成された撥液膜６では、重合膜の結合が切断される。そして、図２（ｃ）に示すように、紫外線１３が照射された配線パターン形成部分の撥液膜６が分解され、除去される。このとき、被処理部材５の配線パターン形成部分に付着していた有機物も分解されて除去される。即ち、これらの親液処理により、被処理部材５の配線パターン形成部分には親液性が付与される。

そして、撥液膜６の分解に伴って発生した揮発成分は、被処理部材５とフォトマスク７との間に生じた空間に放出され、該空間に導入される窒素ガス１８と一緒に排出管１９から外部へ排出される。従って、撥液膜６が除去された被処理部材５の配線パターン形成部分（配線パターン形成面）や配線パターン形成部分以外に形成された撥液膜６に揮発成分が付着して汚染されることが抑制される。

さらに、被処理部材５とフォトマスク７との間の空間には、窒素ガス１８が導入されているので、該空間内の酸素量が低下する。これにより、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間の空間内では、紫外線１３による酸素のオゾン化が抑制される。従って、オゾンによって被処理部材５の配線パターン形成部分及び配線パターン形成部分以外に形成された撥液膜６が活性化され、親液性にされることが抑制される。即ち、前述した親液処理によって、被処理部材５上の配線パターン形成部分には親液性が付与され、配線パターン形成部分以外に形成された撥液膜６の撥液性は保たれる。

次に、ステージ４を搬送手段によってチャンバ１から成膜工程へ搬送する。成膜工程では、被処理部材５上の撥液膜６が除去された配線パターン形成部分にパターン形成材料としての配線パターン材料溶液を含んだ機能液２０を塗布する。

詳しくは、被処理部材５において撥液膜６が除去され、親液性が付与された配線パターン形成部分に、図示しない液滴吐出ノズルによって機能液２０を滴下する。このとき、配線パターン形成部分には親液性が施されており、また、配線パターン形成部分に隣接する部分には撥液性のある撥液膜６が形成されているので、配線パターン形成部分に滴下された機能液２０は、撥液膜６上に移動若しくは固着することなく、配線パターン形成部分に付着される。即ち、図２（ｄ）に示すように、隣接する配線パターン形成部分に充填された機能液２０は、接触して接合することなく、配線パターン形成部分に機能液２０が充填される。

次に、加熱工程に移り、機能液２０が塗布された被処理部材５を加熱させ、機能液２０の有機溶媒を蒸発させて乾燥させる。これにより、図３（ａ）に示すような配線パターン材料被膜２５を形成する。そして、更に焼成工程に移動し、配線パターン３０の焼成を行う。

次に、被処理部材５を露光装置としてのチャンバ１に再び搬送し、図３（ｂ）に示すように、パターニングされた撥液膜６を除去して被処理部材５上に配線パターン材料被膜２
５を残す。詳しくは、前述した親液処理を施す場合と同様に、撥液膜６に紫外線１３を照射して除去する。

そして、最後に、図３（ｃ）に示すように、保護膜若しくは配線パターン３０の電気的分離のための絶縁膜等の被膜３５を、必要に応じて被処理部材５の表面に形成する。以上により、被処理部材５の表面には、精度の高い配線パターン３０が形成される。

次に、上記のように構成した実施形態の効果を記載する。
（１）本実施形態によれば、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間を離間させて、被処理部材５上に形成した撥液膜６に紫外線１３を照射した。従って、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７とが離間されているので、紫外線１３の照射によって撥液膜６が分解して生じた揮発成分は、撥液膜６の紫外線１３の非照射部分に滞留することなく、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間に生じた空間に放出される。従って、揮発成分が被処理部材５の配線パターン形成部分以外の撥液膜６に吸着して汚染することを抑制することができる。即ち、配線パターン３０の形成において、配線パターン３０の精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。
（２）本実施形態によれば、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間に生じた空間には窒素ガス１８を流入させている。従って、被処理部材５（撥液膜６）とフォトマスク７との間の空間に放出された揮発成分は、即座に被処理部材５とフォトマスク７との間の空間から除外される。その結果、揮発成分が被処理部材５の配線パターン形成部分及び撥液膜６に接触する機会が格段に少なくなり、被処理部材５の配線パターン形成部分及び撥液膜６に揮発成分が吸着して汚染することをより抑制できる。

また、不活性ガスとしての窒素ガス１８を使用していることから、被処理部材５とフォトマスク７との間の空間内にある酸素量が低下して、紫外線１３の照射によりオゾンが発生することを抑制できる。その結果、オゾンによって被処理部材５の配線パターン形成部分及び該配線パターン形成部分以外に形成されたの撥液膜６が活性化され、親液性になることが抑制される。即ち、配線パターン３０の形成において、配線パターン３０の精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。
（３）本実施形態によれば、撥液膜６に対して紫外線１３を照射する。これにより、被処理部材５の配線パターン形成部分上に形成された撥液膜６を分解・揮発するだけでなく、被処理部材５の配線パターン形成部分に付着した有機物も分解する。即ち、撥液膜６が分解された被処理部材５の配線パターン形成部分に対して大きな親液性を付与することができる。従って、配線パターン３０の形成において、パターン精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、光の照射に紫外線１３を照射した。これに代えて、紫外線には１７２ｎｍエキシマ紫外線を使用してもよい。これによれば、１７２ｎｍエキシマ紫外線を使用したことによって、一段と効率よく、被処理部材５上に形成された配線パターン形成部分の撥液膜６を分解・揮発させることができる。

○上記実施形態では、光の照射に紫外線１３を照射した。これに代えて、レザーや電子線を照射してもよい。これによれば、レザーや電子線によって撥液膜６を分解・揮発させ、被処理部材５の配線パターン形成部分に親液性を付与することができる。

○上記実施形態では、気体として窒素ガス１８を使用した。これに代えて、気体には窒素ガス１８以外の不活性ガスを使用してもよい。例えば、ヘリウムガスやアルゴンガスの希ガスでもよい。これによれば、窒素ガス１８を使用した効果と同じ効果を得ることができる。

○上記実施形態では、被処理部材５上に形成された撥液膜６とフォトマスク７との間隔を１００μｍ離間させた。これに代えて、撥液膜６とフォトマスク７との間隔は１０μm
から１００μmまで離間させてもよい。これによれば、確実に被処理部材５上に形成され
た配線パターン形成部分の撥液膜６を揮発させることができる。

○上記実施形態では、液滴吐出ノズルにより機能液２０を滴下して、被処理部材５上に形成された配線パターン形成部分に機能液２０を付着させた。これに代えて、機能液２０をミスト化して、被処理部材５上に噴霧することで、被処理部材５の配線パターン形成部分に機能液２０を付着させてもよい。このとき、被処理部材５を水平面内で回転することで、被処理部材５上の機能液２０を遠心力によって外側に移動させ、配線パターン形成部分に機能液２０を付着させてもよい。

○上記実施形態では、配線パターンを焼成した後、紫外線１３を照射して撥液膜６を除去した。これに代えて、紫外線１３の照射とともに被処理部材５を加熱することにより、配線パターン形成部分以外の領域に形成された撥液膜６の除去を促進させてもよい。

○上記実施形態では、パターン形成方法として配線パターンの形成方法について説明した。詳しくは、紫外線１３を照射してフッ素樹脂重合膜である撥液膜６を分解・揮発させて被処理部材５上の配線パターン形成部分に親液性を付与するととともに、機能液２０を該配線パターン形成部分に付着させて配線パターン３０を形成した。これに代えて、パターン形成方法は、無電界メッキ法によるパターン形成方法であってもよい。詳しくは、比較的疎水性の表面を有する樹脂により被処理部材５上に撥液膜６を形成する。次に、紫外線１３を照射して、被処理部材５上のパターン形成領域に形成される撥液膜６の表面部分を分解・揮発させることなく親液性に改質させる。さらに、その撥液膜６の改質部分に対して、触媒処理を介して、例えば無電界ニッケルメッキ法により、メッキ層を形成させて金属パターンを形成させる。従って、配線パターンの形成方法と同様に、紫外線１３照射の際にオゾンの発生を抑制することができ、パターン形成領域以外の領域に形成された撥液膜６の表面が親液性になることを抑制できる。即ち、パターン形成において、パターンの精度を向上させることができ、生産性を向上させることができる

本発明に係る実施形態の露光装置の説明図。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係るパターン形成方法の第１説明図。 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係るパターン形成方法の第２説明図。

符号の説明

１…露光装置としてのチャンバ、２…内部空間、４…ステージ、５…基板としての被処理部材、６…組成物の膜としての撥液膜、７…フォトマスク、８…ガラス板、９…非光透過部、１０…光透過部、１１…支持部材、１２…位置調節手段としての昇降機、１３…光としての紫外線、１４…光源部としての紫外線ランプ、１５…導入管、１６…気体供給手段としての気体供給装置、１９…排出管、２０…機能液、２５…配線パターン材料被膜、３０…配線パターン、３５…被膜。

Claims (7)

1. 基板上に形成されたパターン形成材料を含む機能液に対して撥液性を有し、かつ光で揮発する組成物の膜に対し、パターン形成領域の部分に透過部を有するフォトマスクを介して前記基板上のパターン形成領域に前記光を照射して前記パターン形成領域における前記組成物の膜を除去した後、前記基板上に前記機能液を塗布してパターンを形成するパターン形成方法において、
   前記フォトマスクと前記基板とを一定の間隔で離間させて、前記間隔に対して気体を流しながら前記組成物の膜を除去することを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載するパターン形成方法において、
   前記気体は、不活性ガスであることを特徴とするパターン形成方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載するパターン形成方法において、
   前記気体は窒素ガスであることを特徴とするパターン形成方法。
4. 請求項１〜３に記載するいずれか1つのパターン形成方法において、
   前記光の照射は、紫外線を照射することにより行うことを特徴とするパターン形成方法。
5. 請求項１〜４に記載するいずれか1つのパターン形成方法において、
   前記光の照射は、１７２ｎｍエキシマ紫外線を照射することにより行うことを特徴とするパターン形成方法。
6. 請求項１〜５に記載するいずれか1つのパターン形成方法において、
   前記間隔は、１０μｍ〜１００μmの間であることを特徴とするパターン形成方法。
7. パターン形成材料を含む機能液に対して撥液性を有し、
   かつ光で揮発する組成物の膜が形成される基板を配置するテーブルと、
   パターン形成領域の部分に透過部を有するフォトマスクと、
   前記フォトマスクと前記基板との距離を調節可能な位置調節手段と、
   前記フォトマスクを介して前記組成物の膜の前記パターン形成領域に光を照射する光源部と、
   前記基板と前記フォトマスクとの間に気体を供給する気体供給手段と、
   を有することを特徴とする露光装置。

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