JP2010067728A - 薄膜パターンの形成方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した大きなオーバーハングを形成することによって十分な厚さの金属薄膜を基板の上に形成する薄膜パターンの形成方法を提供しようとするものである。
【解決手段】基板１の上のフォトレジスト層３を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層３とリフトオフレジスト層２の一部を除去し、フォトレジスト層３を現像液に対する耐性処理を行い、２次現像によってリフトオフ層２の一部を除去することによってフォトレジスト層３にオーバーハングを形成し、その後に金属薄膜５の形成を行い、その後フォトレジスト層３をリフトオフレジスト層２とともに除去するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば半導体や水晶振動子などにエッチングや薄膜加工する場合に用いられる薄膜パターンの形成方法に関するものである。

従来、半導体に用いられる薄膜パターンの形成方法は、例えば特許文献１に開示されたように、まず基板の上に一様にリフトオフ層を形成し、さらにその上にフォトレジスト層を形成する。そして、フォトレジスト層に所定のパターンの光をあて、露光させる。次に溶解液を用いてフォトレジスト層を現像する。

これによってフォトレジスト層の露光した部分が溶解し、その下のフォトレジスト層も溶解するため、この２つの層が除去される。この状態で、フォトレジスト層の上から金属を蒸着したり、スパッタリングしたりして導体膜を形成すると、露光した部分は基板が露出しているために、基板の上に導体金属膜が形成される。

その後、リフトオフ層をフォトレジスト層とともに除去すると、フォトレジスト層の露光した部分だけが基板表面に金属膜が形成され、所定の形に金属導体がパターニングされる。

このような方法で導体金属膜を形成するフォトレジストにオーバーハングを形成する必要がある。つまりオーバーハングがないと、フォトレジスト層とリフトオフ層の端面にまで金属膜が形成され、フォトレジスト層の表面から基板表面まで金属膜が連続して形成される。このため、リフトオフ層を除去した時に、基板表面の金属導体を一緒に剥がしてしまう問題がある。

特許文献１に開示された技術は、フォトレジストに安定したオーバーハングを形成する方法を開示している。
平成５年特許出願公開第２７５５３８号公報

しかし上記の特許文献には、より大きなオーバーハングをどのようにして形成するか開示していない。また、如何にして大きなオーバーハングを形成するか開示していない。

つまり、薄膜層を厚く形成する場合にオーバーハングが小さいとフォトレジストの上に形成された薄膜と基板表面に形成された薄膜とが一体となり、リフトオフ層とともにフォトレジスト層を剥離した場合に、基板表面に形成された薄膜まで一部はがれてしまうという問題があった。

このためリフトオフ層を溶剤で十分に溶かすことによってフォトレジスト層のオーバーハングを大きくすることができるが、フォトレジスト層の下にあるリフトオフ層を大きく除去することによってフォトレジスト層の支えが少なくなり、フォトレジスト層のオーバーハング部分が崩れて来る。

このため、安定した大きなオーバーハングを形成することは極めて困難であった。

本発明は以上の点に着目し簡単な方法で、自由な大きさのオーバーハングを安定して作り、これによって薄膜を厚さも自由で、かつ基板に形成した貫通孔の側面にも形成することが可能な薄膜パターンの形成方法を提供しようとするものである。

基板の上のフォトレジスト層を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層とリフトオフレジスト層の一部を除去し、フォトレジスト層の強化処置を行い、２次現像によってリフトオフ層の一部を除去することによってフォトレジスト層にオーバーハングを形成し、その後に薄膜形成を行い、その後フォトレジスト層をリフトオフレジスト層とともに除去するようにした。

本発明の薄膜パターンの形成方法は上記の如く構成したので、フォトレジスト層の強度を上げることができ、これによってリフトオフレジスト層を大きく除去できるため、フォトレジスト層のオーバーハングを大きくすることができる。

これによって薄膜を目的の厚さまで形成することが容易になり、薄膜による配線パターニングの自由度が増す。

特に基板に貫通孔を形成し、その貫通孔の内部側面にも十分な厚さの薄膜を形成するというような要求に対し、貫通孔の内部にも十分に金属薄膜を形成するようにスパッタリングや蒸着を十分に行うことができる。

つまり十分にスパッタリングや蒸着を行っても、大きなオーバーハングがフォトレジスト層に形成されているため、フォトレジスト層表面に形成された金属膜と基板上に形成された金属膜との間が繋がる事がなく、最終的にフォトレジスト層を除去した場合に基板の上の金属薄膜に影響を与えることがない。

本発明の請求項１に記載の発明は、基板の上にリフトオフレジスト層を形成し、その上にフォトレジスト層を形成し、露光をしてフォトレジスト層を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層とリフトオフレジスト層の一部を除去し、フォトレジスト層の強化処理を行い、２次現像によってリフトオフ層の一部を除去することによってフォトレジスト層にオーバーハングを形成し、その後に薄膜形成を行い、その後フォトレジスト層をリフトオフレジスト層とともに除去するようにしたものであり、フォトレジスト層が現像液に対して耐性があるために、大きなオーバーハングを形成してもオーバーハング部分が崩れないという作用を有する。

以下本発明の薄膜パターンの形成方法の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は本発明の薄膜パターンの形成方法のフロー図であり、水晶基板の上に薄膜回路を形成する例を示す。

先ずステップ１で水晶よりなる基板１の上にリフトオフレジスト剤を塗布し、リフトオフ層２を形成する。そしてリフトオフ層２の上にフォトレジスト層３を形成する。このリフトオフ層２を構成するリフトオフレジスト剤及びフォトレジスト層３を構成するフォトレジスト剤は一般に市販され、その塗布方法も広く知られているため、ここでの説明は省略する。つまり、ここで用いるリフトオフ剤やフォトレジスト剤は一般的な市販の物を使用することができ、塗布方法も一般的な方法を採用することができる。

ステップ２でフォトレジスト層２の上から所定のパターンに従って紫外線（以下ＵＶと書く）を照射する。するとＵＶの照射された部分のフォトレジスト層３が現像液で溶解するようになる。このステップは一般に露光工程と呼ばれる。

ステップ３でフォトレジスト層３のＵＶ照射された部分を溶解する現像液を用い、フォトレジスト層３の一部とともにリフトオフレジスト層２の一部を除去する。この工程は一般に現像工程と呼ばれる。ここで使用する現像液も一般的な物を使用することができる。

ステップ４で、以上の工程を経た基板１を炉に入れ、焼成によってフォトレジスト層３を強化し、強化処理を行う。この焼成温度と時間はフォトレジスト層３に用いた材料によって適宜選定する。例としては強化の効果の高い材料の場合は９０度で１５分間、強化効果の低い材料の場合には１５０度で３０分間程度の焼成となる。ステップ２でＵＶ照射されず、ステップ３で除去されなかったフォトレジスト層は、この焼成によって硬化し強化される。この工程が終了すると基板を炉より取り出し、十分に冷却する。

ステップ５でフォトレジスト層３の上から再度現像液を作用させ２次現像を行う。フォトレジスト層３は既に強化され耐性化されているために機械的な強度があり、下向きに垂れることがなく、さらに現像液の影響をあまり受けず、リフトオフ層２の一部が現像液で溶解し除去される。これによってフォトレジスト層３にはオーバーハング４が形成される。つまり大きなオーバーハング４を作っても安定して形状を保持できる。

ステップ６でフォトレジスト層３の上からスパッタリングや蒸着によって金属薄膜層５を全体一様に形成する。この時、スパッタリング量や蒸着量を大きくして薄膜の厚さを厚くすると、フォトレジスト層３の端面にまでも薄膜が形成される。つまり薄膜層５はフォトレジスト層３の上面及び端面と基板１の一部とに形成される。

ここでフォトレジスト層３のオーバーハング量が大きいため、図２に示すようにフォトレジスト層３の端面に形成された金属薄膜５と、基板１の表面に形成された金属薄膜５とが連結することがない。

最後にステップ７で除去剤を用いてリフトオフ層２をフォトレジスト層３とともに基板１より除去することによって金属薄膜５の形成された基板１を得ることができる。ここで用いる除去剤も一般に市販されている物である。

以上のように金属薄膜５を十分な厚さになるように長時間スパッタリングや蒸着を行っても、オーバーハング４が多きため、リフトオフ層２の除去を問題なく行うことができる。

以上の実施例１では基板１の上に厚さの厚い金属薄膜５を形成する方法について説明したが、以下の実施例２では基板１に貫通孔を設け、その貫通孔の内周にも金属薄膜を形成する方法について説明する。実施例２の説明において、上記実施例１と共通する部分については説明を省略する。また同じ構成部材については同じ番号を付与する。

図３は本発明の薄膜パターンの形成方法のフロー図であり、水晶基板に設けた貫通孔の内側面にも金属薄膜を形成する例を示す。

図３のステップ１において、水晶よりなる基板１の表面に基板１のエッチングマスクとなる金・クロム層６を設け、その上にフォトレジスト層３が形成されている。このフォトレジスト層３の材料は上記実施例１のものと同じである。

ステップ２においてフォトレジスト層３に所定のパターン、つまり基板１のエッチングを行いたい形状に光を照射し、その後フォトレジスト層３の一部を現像液で除去し現像する。フォトレジスト層３の一部が除去された状態で、金・クロム層６をエッチングすることによって図３のステップ２のような状態となる。この後で、フォトレジスト層３を除去する。

フォトレジスト層３が除去され基板１の上に金・クロム層６のみが形成された状態から、ステップ３でリフトオフ層２及びフォトレジスト層３を再びコートする。

ステップ４でフォトレジスト層３の露光を行い、現像によって不要な部分のフォトレジスト層３及びリフトオフ層２を除去する。その後、上記実施例１の ステップ４と同様に基板１を炉に入れ、焼成によってフォトレジスト層３を強化する。上記実施例１では強化の目的として、機械的な強度を増加させる強化処理を行ったのであるが、この実施例２では強化の目的として機械的な強度を増すだけでなく基板のエッチングに対する耐性処理である。

つまり水晶のエッチングには重フッ化アンモニウムやフッ化アンモニウムやフッ化水素酸などの溶液を用いて行うが、フォトレジスト層３がこのような化学物質によって侵されないように焼成によって強化を行う。この焼成温度と時間は実施例１と同様にエッチングに使用する薬液の強さに応じて、適宜調整する。

このようにフォトレジスト層３が十分に強化されているため、実施例１と同様リフトオフ層２の一部を除去する２次現像を行ってもリフトオフ層３のオーバーハングは維持され、ステップ４の図のようになる。ここで金・クロム層６に形成した孔の直径よりも、フォトレジスト層３に形成した孔の直径が大きくなるようにする。

基板１として水晶を用いた例を挙げたが、水晶以外にガラスやセラミックスなどの材料を用いる事も考えられ、それぞれの基板１の材料に応じてエッチングに用いる物質を選択し、フォトレジスト層３の強化のための焼成温度や時間も、それに応じて設定する。

ステップ５で基板１のエッチングを行い、貫通孔７を形成する。この時にフォトレジスト層３は強化されているため、エッチング液に侵されることがなく、図３のステップ５の通りに形状を維持することができる。金・クロム層６に形成した孔の直径の方がフォトレジスト層３に形成した孔よりも小さいため、エッチングによって形成された貫通孔７はフォトレジスト層３に形成された孔の直径よりも小さい。

次に図４のステップ６に移り、金・クロム層６のエッチングを行う。これによって、孔７の周囲の基板１が露出した状態となる。

ステップ７で実施例１のステップ６説明と同じ方法を用いて金属薄膜５を形成する。この時に貫通孔７の内側面に必要な厚さの金属薄膜５が形成されるように、十分なスパッタリングあるいは蒸着量を確保する。このように十分なスパッタリングあるいは蒸着量を確保しても実施例１で説明したように、フォトレジスト層３は大きなオーバーハング４を有するため、基板１の表面に形成された金属薄膜５とフォトレジスト層３の表面の金属薄膜５とが繋がることがない。

ステップ８で実施例１のステップ７説明と同じ方法を用いてフォトレジスト層３及びリフトオフレジスト層２を除去し、さらに金・クロム層６を除去することによって基板１を完成する。この場合にスパッタリングや蒸着などの一般的な方法を用いて基板１に設けた貫通孔６の内周面にも十分な厚さの金属薄膜５を形成することができる。

上記の操作を基板１の裏面と表面との両方で行うことによって表面から裏面に導通するスルーホールを得ることができる。しかもこのスルーホールはフォトレジストの分解能まで小さくすることができ、極めて微細なスルーホールを得ることができる。

フォトレジスト層の形成プロセスで簡単な処理を行うことによってフォトレジスト層の現像液に対する耐性を上げることができ、これによってリフトオフレジスト層を大きく除去できるため、フォトレジスト層のオーバーハングを大きくすることができる。

これによって薄膜を目的の厚さまで形成することが容易になり、薄膜による配線パターニングの自由度が増す。

本発明の薄膜パターンの形成方法の実施例１を示すフロー図である。 本発明の薄膜パターンの形成方法の実施例１を示す拡大断面図である。 本発明の薄膜パターンの形成方法の実施例２の一部を示すフロー図である。 本発明の薄膜パターンの形成方法の実施例２の残りを示すフロー図である。

符号の説明

１ 基板
２ リフトオフ層
３ フォトレジスト層
４ オーバーハング
５ 金属薄膜層
６ 金・クロム層
７ 貫通孔

Claims (5)

1. 基板の上にリフトオフレジスト層を形成し、その上にフォトレジスト層を形成し、露光をしてフォトレジスト層を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層とリフトオフレジスト層の一部を除去し、強化処理を行い、２次現像によってリフトオフ層の一部を除去することによってフォトレジスト層にオーバーハングを形成し、その後に薄膜形成を行い、その後フォトレジスト層をリフトオフレジスト層とともに除去するようにした薄膜パターンの形成方法。
2. 基板の上に１次金属膜を形成し、その上にリフトオフレジスト層を形成し、その上にフォトレジスト層を形成し、露光をしてフォトレジスト層を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層とリフトオフレジスト層の一部を除去し、エッチングによって前記１次金属膜の一部を除去し、強化処理を行い、２次現像によってリフトオフ層の一部を除去することによってフォトレジスト層にオーバーハングを形成し、その後に２次金属による薄膜形成を行い、その後フォトレジスト層をリフトオフレジスト層とともに除去するようにした薄膜パターンの形成方法。
3. 基板の上にリフトオフレジスト層を形成し、その上にフォトレジスト層を形成し、露光をしてフォトレジスト層を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層とリフトオフレジスト層の一部を除去し、エッチングによって基板の一部を除去して孔や切り欠き部を形成し、フォトレジスト層を基板のエッチングに対する耐性処理を行い、２次現像によってリフトオフ層の一部を除去することによってフォトレジスト層にオーバーハングを形成し、その後に薄膜形成を行う事によって前記基板の表面とともに孔の内側や切り欠き部の側面にまで金属薄膜を形成し、その後フォトレジスト層をリフトオフレジスト層とともに除去するようにした薄膜パターンの形成方法。
4. 基板の上に１次金属膜を形成し、その上にリフトオフレジスト層を形成し、その上にフォトレジスト層を形成し、露光をしてフォトレジスト層を露光させ、その後１次現像によってフォトレジスト層とリフトオフレジスト層の一部を除去し、エッチングによって基板の一部と前記１次金属層の一部を除去して孔や切り欠き部を形成し、フォトレジスト層を基板のエッチングに対する耐性処理を行い、２次現像によってリフトオフ層の一部を除去することによってフォトレジスト層にオーバーハングを形成し、その後に薄膜形成を行う事によって前記基板の表面とともに孔の内側や切り欠き部の側面にまで金属薄膜を形成し、その後フォトレジスト層をリフトオフレジスト層とともに除去するようにした薄膜パターンの形成方法。
5. 強化処理は、フォトレジスト層の加熱処理である請求項１から請求項４の何れかに記載の薄膜パターンの形成方法。

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