JP6094298B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜対象物体へのパターン形成方法に関し、特に曲面を有する成膜対象物体へのパターン形成に適用すると好適である。

従来、特許文献１において、曲面基板へのパターン形成方法が開示されている。このパターン形成方法では、平面基板上にベースフィルムを介して配置したドライフィルムレジストの上にフィルムフォトマスクを重ね、このフィルムフォトマスクを用いてドライフィルムレジストを露光および現像することでパターン形成を行う。そして、パターン形成したドライフィルムレジストをベースフィルムと共に曲面基板に対してローラを用いて熱圧着することで、曲面へのパターン形成を行う。このようなパターン形成方法とすることにより、曲面へのパターン形成を可能としている。

特開平０２−６４５４３号公報

しかしながら、特許文献１に示されたパターン形成方法では、ドライフィルムレジストとフィルムフォトマスクの間にベースフィルムが存在し、露光時にベースフィルム内において光が拡散し、パターン精度が悪くなる。また、このパターン形成方法は、ローラによる熱圧着を用いていることから、成膜対象物体が円筒曲面などのようのローラを面で当接させられる形状であれば適用可能であるが、複雑な曲面などのようにローラを面で当接させられない形状には適用できない。

本発明は上記点に鑑みて、成膜対象物体の形状が円筒曲面などのような限られた形状でなくても、精度良くパターン形成することが可能なパターン形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、透光性の粘着シート（６）に対して原版パターン（３ａ）を貼り付けたフォトマスクを用意する工程と、成膜対象物体（１０）の表面に、パターン形成を行うパターン材料（１１）を成膜すると共に、該パターン材料の表面に第１レジスト膜（１２）を成膜する工程と、原版パターンが貼り付けられた粘着シートを第１レジスト膜の表面に貼り付ける工程と、原版パターンが貼り付けられた粘着シートの上から、第１レジスト膜を露光する工程と、粘着シートおよび原版パターンを原版パターンと対応した形以外の部分が露光された第１レジスト膜から取り除く工程と、取り除く工程を行った後に、現像を行うことで、第１レジスト膜を原版パターンと対応した形に残す工程と、原版パターンと対応した形に残された第１レジスト膜をマスクとしてパターン材料をパターニングすることで、パターン材料を原版パターンの形に残したパターン膜（１１ａ）を形成する工程と、を含んでおり、フォトマスクを用意する工程では、平面基板（１）を用意し、該平面基板の上に犠牲層（２）を成膜する工程と、犠牲層（２）の表面に原版パターンを形成するための原版パターン膜（３）を成膜すると共に、該原版パターン膜の表面に第２レジスト膜（４）を成膜する工程と、原版パターンと同じ形状の遮光パターン（５ａ）が形成されたマスク（５）を第２レジスト膜に密着させ、該マスクの上から露光を行ったのち現像することで第２レジスト膜を遮光パターンと同じ形状に残す工程と、遮光パターンと同じ形状とされた第２レジスト膜をマスクとして原版パターン膜をパターニングすることで、原版パターン膜を遮光パターンの形に残して原版パターンを形成する工程と、原版パターンに粘着シートを貼り付ける工程と、粘着シートを原版パターンに貼り付けた状態で犠牲層をエッチングしたのち、粘着シートおよび原版パターンを平面基板から取り外す工程と、を含んでいることを特徴としている。

このように、フォトマスクとして粘着シートに対して原版パターンを貼り付けたものを形成している。そして、これを成膜対象物体に貼り付けることで、成膜対象物体の表面に形成しておいたパターン材料のパターニングに用いられる第１レジスト膜に対して隙間無く原版パターンを配置することができる。したがって、フォトリソグラフィ・エッチングによってパターン材料を精度良くパターニングしてパターン膜を形成することができる。よって、成膜対象物体の形状が円筒曲面などのような限られた形状でなくても、精度良くパターン形成することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるパターン形成工程を示す図である。 図１に続くパターン形成工程を示す図である。 図２に続くパターン形成工程を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜３を参照して説明する。本実施形態では、成膜対象物体が球面形状となっているものを例に挙げて、成膜対象物体へのパターン形成方法を説明する。なお、このような成膜対象物体としては、例えば部品狭小部の圧力や温度を計測する圧力センサや温度センサのセンシング部などを挙げることができる。

〔図１（ａ）に示す工程〕
まず、表面が平坦面となっている平面基板１を用意する。例えば、平面基板１としてはシリコン基板やガラス基板などを用いることができる。そして、この平面基板１における平坦面上に銅などで構成された犠牲層２を成膜する。このとき、犠牲層２については、一定膜厚で表面が平坦面となるように形成している。

〔図１（ｂ）に示す工程〕
犠牲層２の表面に、パターン形成用マスク材として、所定膜厚の原版パターン膜３を成膜する。原版パターン膜３は、例えば圧力や温度の計測用の機能膜をパターン形成する際のパターン形成用マスクとなる原版パターン３ａ（図１（ｅ）参照）を形成する為の膜である。

原版パターン膜３は、犠牲層２を構成する材料とは異なる材料で構成され、例えばスパッタなどによって形成される。犠牲層２や原版パターン膜３は、それぞれをエッチングする際のエッチング剤（エッチング液やエッチングガス）に対して互いに大きな選択比を有した材料とされている。このため、犠牲層２のエッチング剤では原版パターン膜３は殆どエッチングされず、原版パターン膜３のエッチング剤では犠牲層２が殆どエッチングされないようになっている。例えば、犠牲層２を銅で構成する場合には、原版パターン膜３をチタン（Ｔｉ）などで構成することができる。

さらに、原版パターン膜３の表面に、例えばポジ型の感光性樹脂レジストなどで構成されるレジスト膜（第２レジスト膜）４を形成する。

〔図１（ｃ）に示す工程〕
平面基板１の表面に犠牲層２や原版パターン膜３およびレジスト膜４が順に成膜されたものに対して、レジスト膜４側に密着させるようにガラスなどで構成されるフォトマスク５を配置する。フォトマスク５は、パターン形成したい形状のパターンと同形状の遮光パターン５ａが形成されたものであり、遮光パターン５ａ以外の部分においては光を透過し、遮光パターン５ａでは光を遮る構造とされている。そして、このようなフォトマスク５を用いて、紫外線（ＵＶ）照射による露光工程を行うことで、遮光パターン５ａ以外の部分においてレジスト膜４に紫外線が照射され、感光される。

〔図１（ｄ）に示す工程〕
フォトマスク５を取り除いたのち、現像工程を行うことで、レジスト膜４のうち紫外線照射が行われた領域を除去する。これにより、紫外線照射が行われていない遮光パターン５ａと同じ形状にレジスト膜４が残される。

〔図１（ｅ）に示す工程〕
レジスト膜４をマスクとしたエッチングにより、原版パターン膜３をパターニングする。これにより、原版パターン膜３も遮光パターン５ａと同じ形状に残り、これが例えば圧力や温度の計測用の機能膜を形成する際のパターン形成用マスクとなる原版パターン３ａとなる。このとき、エッチング剤としては例えば希フッ酸などを用いているが、上記したように、原版パターン膜３と犠牲層２とが互いに大きな選択比を有した材料とされていることから、原版パターン膜３のみがエッチングされ、犠牲層２は殆どエッチングされないようにできる。

〔図２（ａ）に示す工程〕
原版パターン膜３の残り、つまり原版パターン３ａの表面からレジスト膜４をリンスして除去する。これにより、犠牲層２の表面に、所望のパターン形状とされた原版パターン３ａのみが残された状態となる。

〔図２（ｂ）に示す工程〕
犠牲層２および原版パターン３ａを覆うように透光性の粘着シート６を貼り付ける。粘着シート６には、粘着層が犠牲層２および原版パターン３ａに対して密着性良く粘着しつつ、紫外線照射によって粘着強度が低下する材料が用いられる。また、粘着シート６には、犠牲層２をエッチングする際のエッチング剤には溶けず、所望パターンの原版パターン３ａを粘着した状態のまま維持できる材料が用いられる。このような材料としては、例えばＵＶ硬化性樹脂で構成されたフィルムなどを挙げることができる。

〔図２（ｃ）に示す工程〕
粘着シート６を犠牲層２および原版パターン３ａに貼り付けたままの状態で、粘着シート６の側方から犠牲層２をエッチングする。例えば、犠牲層２を銅で構成する場合には、硝酸第二セリウムアンモニウムをエッチング剤として用いている。このとき、上記したように、原版パターン３ａと犠牲層２とが互いに大きな選択比を有した材料とされていることから、犠牲層２のみがエッチングされ、原版パターン３ａは殆どエッチングされないようにできる。また、上記したように、粘着シート６についても、粘着力が確保されるため、粘着シート６に原版パターン３ａが粘着した状態のまま維持されるようにできる。これにより、図に示したように、粘着シート６に対して原版パターン３ａのみがパターン転写された構造が完成し、平面基板１から容易に取り出すことができる。

〔図２（ｄ）に示す工程〕
成膜対象物体１０を用意する。ここでは、成膜対象物体１０として例えば球面形状の物を用意している。このような成膜対象物体１０としては、例えば圧力センサや温度センサなどのセンシング部が挙げられる。また、成膜対象物体１０が金属など導体材料の場合には、成膜対象物体１０の表面を酸化膜などの絶縁膜でコーティングしている。そして、成膜対象物体１０の表面に、スパッタなどによってパターン形成を行いたいパターン材料１１を成膜する。例えば、圧力計測用のパターン形成を行う場合にはパターン材料１１をクロム（Ｃｒ）系の金属膜などとし、温度計測用のパターン形成を行う場合にはパターン材料１１を白金（Ｐｔ）などとする。

〔図２（ｅ）に示す工程〕
パターン材料１１の表面に例えばポジ型の感光性樹脂レジストなどで構成されるレジスト膜（第１レジスト膜）１２を形成する。

〔図３（ａ）に示す工程〕
図２（ｃ）に示す工程において用意した原版パターン３ａがパターン転写された粘着シート６をレジスト膜１２の表面に貼り付ける。このとき、粘着シート６については、柔軟性に富んでいるため、成膜対象物体１０が球面形状のような複雑な曲面であっても、原版パターン３ａが貼り付けられた粘着シート６を隙間無くレジスト膜１２に貼り付けることが可能となる。そして、原版パターン３ａが貼り付けられた粘着シート６をフォトマスクとして用いて、紫外線（ＵＶ）照射による露光工程を行うことで、原版パターン３ａ以外の部分においてレジスト膜１２に紫外線が照射され、感光される。また、粘着シート６に例えばＵＶ硬化性樹脂などで構成されたフィルムを用いていることから、紫外線照射により、粘着強度が低下した状態となる。

〔図３（ｂ）に示す工程〕
フォトマスクとして用いた原版パターン３ａおよび粘着シート６をレジスト膜１２の表面から取り除く。このとき、上記したように粘着シート６の粘着強度が低下した状態になっていることから、粘着シート６および原版パターン３ａを容易に取り除くことが可能となる。

〔図３（ｃ）に示す工程〕
現像工程を行うことで、レジスト膜１２を原版パターン３ａと対応した形に残す。本実施形態のように、レジスト膜１２をポジ型としている場合には、レジスト膜１２のうち紫外線照射が行われた領域が除去される。これにより、紫外線照射が行われていない原版パターン３ａと同じ形状にレジスト膜１２が残される。

〔図３（ｄ）に示す工程〕
レジスト膜１２をマスクとしたエッチングにより、パターン材料１１をパターニングする。これにより、パターン材料１１も原版パターン３ａと同じ形状に残り、この残された部分によってパターン膜１１ａが構成される。

〔図３（ｅ）に示す工程〕
パターン材料１１の残り、つまりパターン膜１１ａの表面からレジスト膜１２をリンスして除去する。これにより、成膜対象物体１０の表面に所望パターンとされたパターン膜１１ａが形成される。

なお、この後の製造工程については省略するが、各パターン膜１１ａを繋ぐ配線パターンを形成したりすることで、成膜対象物体１０に対してパターン膜１１ａをパターン形成した製品が完成する。例えば、当該製品が圧力センサの場合には、パターン膜１１ａの抵抗値が印加された圧力に応じて変化することから、配線パターンを通じて抵抗値変化に応じた出力信号を電気的に取り出し、それに基づいて圧力検出を行うことができる。同様に、当該製品が温度センサの場合には、パターン膜１１ａの抵抗値が温度に応じて変化することから、配線パターンを通じて抵抗値変化に応じた出力信号を電気的に取り出し、温度検出を行うことができる。

以上説明したように、フォトマスクとして粘着シート６に対して原版パターン３ａを貼り付けたものを形成している。そして、これを複雑な曲面にて構成される成膜対象物体１０に貼り付けることで、成膜対象物体１０の表面に形成しておいたパターン材料１１のパターニングに用いられるレジスト膜１２に対して隙間無く原版パターン３ａを配置することができる。したがって、フォトリソグラフィ・エッチングによってパターン材料１１を精度良くパターニングしてパターン膜１１ａを形成することができる。よって、成膜対象物体１０の形状が円筒曲面などのような限られた形状でなくても、精度良くパターン形成することが可能となる。そして、このように複雑な曲面に対しても精度良くパターン形成が行えることで、部品狭小部の圧力や温度測定も的確に行うことが可能となる。

また、粘着シート６の表面に直接原版パターン膜３を成膜し、これをエッチングして原版パターン３ａを形成することも考えられる。しかしながら、粘着シート６は、材質的に原版パターン膜３を形成する際のスパッタなどの工程における熱に耐えられる耐熱性や、フォトリソグラフィ時に用いられるアセトンなどの有機溶剤に耐えられる耐薬品性が十分ではない。このため、一旦、平面基板１の上に犠牲層２を介して原版パターン膜３を形成しておき、それをパターニングしてから粘着シート６に貼り付けるという手法を用いることで、粘着シート６の耐熱性や耐薬品性の問題にかかわらず、精度良く原版パターン３を形成できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、成膜対象物体１０として圧力センサや温度センサを例に挙げたが、他のセンサであっても良く、センサ以外のものであっても構わない。また、複雑な曲面の成膜対象物体１０として球面形状を例に挙げたが、それ以外の形状であっても良い。本発明は、特に複雑な曲面を有する成膜対象物体１０に対するパターン膜１１ａの形成に適しているが、成膜対象物体１０として単なる円筒形状のものや、曲面ではない形状、例えば平面であっても屈曲した平面のものなどにも適用可能である。

また、上記実施形態では、レジスト膜１２をポジ型とする場合について説明したが、ネガ型のものであっても良い。その場合、レジスト膜１２のうち感光された部分が現像において残ることになることから、粘着シート６に対して形成する原版パターン３ａの形状もそれに合わせた形状にすれば良い。

１ 平面基板
２ 犠牲層
３ 原版パターン膜
３ａ 原版パターン
４、１２ レジスト膜
５ フォトマスク
６ 粘着シート
１０ 成膜対象物体
１１ パターン材料
１１ａ パターン膜

Claims (2)

1. 成膜対象物体（１０）に対してパターン膜（１１ａ）を形成するパターン形成方法であって、
   透光性の粘着シート（６）に対して原版パターン（３ａ）を貼り付けたフォトマスクを用意する工程と、
   前記成膜対象物体の表面に、パターン形成を行うパターン材料（１１）を成膜すると共に、該パターン材料の表面に第１レジスト膜（１２）を成膜する工程と、
   前記原版パターンが貼り付けられた前記粘着シートを前記第１レジスト膜の表面に貼り付ける工程と、
   前記原版パターンが貼り付けられた前記粘着シートの上から、前記第１レジスト膜を露光する工程と、
   前記粘着シートおよび前記原版パターンを前記原版パターンと対応した形以外の部分が露光された前記第１レジスト膜から取り除く工程と、
   前記取り除く工程を行った後に、現像を行うことで、前記第１レジスト膜を前記原版パターンと対応した形に残す工程と、
   前記原版パターンと対応した形に残された前記第１レジスト膜をマスクとして前記パターン材料をパターニングすることで、前記パターン材料を前記原版パターンの形に残して前記パターン膜を形成する工程と、を含んでおり、
   前記フォトマスクを用意する工程では、
   平面基板（１）を用意し、該平面基板の上に犠牲層（２）を成膜する工程と、
   前記犠牲層（２）の表面に前記原版パターンを形成するための原版パターン膜（３）を成膜すると共に、該原版パターン膜の表面に第２レジスト膜（４）を成膜する工程と、
   前記原版パターンと同じ形状の遮光パターン（５ａ）が形成されたマスク（５）を前記第２レジスト膜に密着させ、該マスクの上から露光を行ったのち現像することで前記第２レジスト膜を前記遮光パターンと同じ形状に残す工程と、
   前記遮光パターンと同じ形状とされた前記第２レジスト膜をマスクとして前記原版パターン膜をパターニングすることで、前記原版パターン膜を前記遮光パターンの形に残して前記原版パターンを形成する工程と、
   前記原版パターンに前記粘着シートを貼り付ける工程と、
   前記粘着シートを前記原版パターンに貼り付けた状態で前記犠牲層をエッチングしたのち、前記粘着シートおよび前記原版パターンを前記平面基板から取り外す工程と、を含んでいることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記フォトマスクを用意する工程では、前記粘着シートとして紫外線照射によって粘着強度が低下するものを用い、
   前記原版パターンで覆った部分を残す工程では、前記露光を紫外線照射によって行うと共に、前記粘着シートの粘着強度を低下させ、
   前記第１レジスト膜から取り除く工程では、粘着強度が低下した前記粘着シートおよび前記原版パターンを前記第１レジスト膜から取り除くことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。

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