JPH04147988A - 微細パターンの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微細パターンの加工方法に関し、さらに詳しく
は、たとえば薄膜トランジスター、薄膜ダイオード、太
陽電池、薄膜センサー、各種半導体素子、Ｓａｗデバイ
ス等の機能性被加工物に微細パターンを高い寸法精度お
よび位置合わせ精度でしかも効率良く形成することので
きる微細パターンの加工方法に関する。また、本発明の
微細パターンの形成方法および微細パターンの加工方法
は、いわゆるマイクロマシーニングの分野、たとえば、
カラーフィルタ、圧力センサー等の製造におけるパター
ンの加工にも好適に採用することができる。

〔従来の技術〕

たとえば薄膜トランジスターを用いたカラー液晶デイス
プレー（Ｔ　Ｐ　Ｔ　−Ｌ　ＣＤ　）はボケッ）ＴＶ、
ポータプルＴＶ等に用いられている。

そして、近年においては、２０インチ、４０インチ、７
０インチ等の大型液晶フラットディスプレ−の開発が盛
んである。

この薄膜トランジスターは、通常、６回程度のフォトリ
ソグラフィー工程、つまりレジスト塗布、露光、現像、
エツチングの各処理を繰り返して行うことにより製造さ
れている。

また、微細パターンの形成には、レジストパターンの印
刷、エツチング処理を繰り返す印刷法を用いることも可
能である。そして、印刷配線や回路パターンの形成ある
いは金属板のエツチング用レジストパターンの形成に際
しては、スクリーン印刷法やオフセット印刷法のような
印刷手段が広く採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記のフォトリソグラフィー工程を繰り返し
て４０インチ、７０インチといった大型のＴＰＴ−ＬＣ
Ｄを製造しようとすれば、フォトリソグラフィー工程で
使用する専用の装置を開発しなければならないので、莫
大な費用が必要となる。特に、大型露光装置の開発費は
莫大なものとなる。

一方、微細パターンの形成に上記の印刷法を用いれば、
レジストパターンの印刷およびエツチング処理を繰り返
すことにより、４０インチ、７０インチといった大型の
ＴＰＴ−ＬＣＤの製造にも比較的容易に対応することが
できる。

しかしながら、これらの印刷手段は比較的画線の大きい
（たとえば２００μｍ以上）パターンの形成には適して
いるが、画線幅がたとえば２００μｍ未満の微細パター
ンの形成には必ずしも適するものではない。しかも、印
刷手段においては、インキの流動性、版の圧力などの影
響やインキの一部が転移しないで版上に残留してしまう
こと等に起因してパターンが変形し易く、印刷パターン
の寸法精度および再現性に劣るという欠点がある。

例えば、スクリーン印刷法はメツシュ状スクリーンにイ
ンキ遮蔽マスクを形成し、該遮蔽マスクの非マスク部を
所望のパターンとし、該非マスク部からインキを透過さ
せて被印刷体にインキを付着させることにより印刷を行
う方法である。この印刷法ではインキの厚刷り（一般に
数μｍ−２０μｍ厚）が容易なために耐蝕性の優れたレ
ジストパターンの印刷は可能であるが、実用印刷幅は最
少で２００μｍ程度が限界であるために微細なパターン
の形成は困難である。また、オフセット印刷法は前もっ
て感光化されたプレートであるいわゆるＰＳ版（ｐｒｅ
ｓｅｎ＋目１ｚｅｄ　ｐｌａｔｅ）に親油性部と親水性
部とを形成し、親水性部に水分を保持させて油性インキ
を反発させることにより親油性部のみに選択的にインキ
を付着させ、かかるインキパターンを被印刷体に印刷す
る方法である。そして、この方法においては、特に印刷
適性の向上を図るために版上のインキパターンを一部ゴ
ムブランケットに転写した後に被印刷体に再転写するよ
う構成されている。この印刷法によると、比較的微細な
画線を容易に得ることができる。しかしながら、この方
法で採用される動的なインキング方式やこの方法中で行
われる通常２回の転写操作等に起因して印刷されるイン
キ膜厚が１μｍ程度の小さなものとなり、印刷画線にピ
ンホールや断線が発生し易いという欠点がある。また、
この印刷法に関しては、インキの膜厚を大きくして耐蝕
性に優れた微細パターンを形成すべく種々の工夫がなさ
れているが、膜厚を大きくすると印刷画線が太くなり、
１００〜２００μｍ程度の線幅の印刷が限界である。

一方、比較的細線で印刷膜厚も大きくすることのできる
印刷手段として凹版印刷法が知られている。この方法に
おいては、彫刻法や食刻法により画線凹部を形成し、該
凹部に粘稠性を有する硬めのインキを擦り込み、非画線
部のインキを拭き取った後に銅板上に印刷用紙を当てた
状態で強圧して印刷を行う。強圧する理由は、凹部に擦
り込まれたインキが版表面より窪んだ位置にあるため、
紙のような柔軟性印刷物に強圧着することにより強制的
にインキ面と被印刷物面とを接触させてインキを被印刷
物面上に転移させるためである。したがって、この凹版
印刷法では、たとえば薄膜半導体素子の基板に用いられ
るガラス等の剛性の高い被印刷物への印刷は困難である
。

本発明は前記の事情に基づいてなされたものである、す
なわち、本発明は、 １）印刷版画線部への正確なインキングが難しい、２）
インキング後の印刷版からインキを転写する際にインキ
画線部や膜厚が変動する、 ３）断線、短絡、ピンホール等の不良画線が出やすい、 ４）高精度且つ精密な画線を得ることができない、等の
前述の問題を解決し、線幅が微細であると共に膜厚も適
度な微細パターンを正確かつ鮮明に、しかも効率良く安
価に形成することのできる微細パターンの加工方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題を解決するための本発明の要旨は、所定形状
のマスキング層が形成された基板上のマスキング層非形
成部に、電着法によりレジスト層を形成し、その後、前
記基板と被加工物とを位置合せしてから圧着し、次いで
、前記基板と被加工物とを引き離すことにより該被加工
物上に前記レジスト層を転写させ、しかる後、該被加工
物をエツチング処理して被加工物に微細パターンを蝕刻
した後、前記レジスト層を除去することを特徴とする微
細パターンの加工方法であり、 請求項１記載の微細パターンの加工方法を繰り返して行
うことにより被加工物に複数層の微細パターンを蝕刻す
ることを特徴とする微細パターンの加工方法である。

以下、本発明の微細パターンの加工方法について図面を
参照して説明する。

第１図（ａ）〜同図（ｆ）に本発明の微細パターンの加
工方法による微細パターンの加工形成過程を示す。

第１図（ａ）に示すように、本発明の微細パターンの加
工方法においては、基板１上に予め所定形状のマスキン
グ層２を形成する。

使用に供される基板ｌは、少なくともマスキング２を形
成する側の表面（マスキング層形成面）に導電性を有し
ていればよい。このような基板１には、たとえば金属板
等の導電性材料を用いてもよいし、非導電性材料からな
る支持体上に酸化スズ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）
、カーボン等の導電性部材を接着する等して前記マスキ
ング層形成面に導電性の付与された部材を用いてもよい
。

いずれにせよ、基板１の前記マスキング層形成面はレジ
スト層３が適度な強度で付着すると共にその後の転写工
程で容易に剥離可能な程度の付着強度が得られる状態で
あることが望ましい。このため、本発明の微細パターン
の加工方法において、基板１は、通常、前記マスキング
層形成面にある程度の鏡面処理が施された状態で使用さ
れる。

マスキング層２は、基板１上にフォトレジストを塗布し
、所望の画像パターンを露光してから現像処理および乾
燥処理を行ない、さらに必要に応じて熱処理を行なう通
常のフォトリソグラフィー法により形成することができ
る。

使用に供されるフォトレジストとしては、たとえばグル
ー、カゼイン、アラビヤゴム、ＰＶＡ。

セラック等と重クロム酸アンモンとを含有してなるいわ
ゆる重クロム酸塩系のものを挙げることができる。

本発明の方法においては、以上のようにして予め所定形
状のマスキング層２を形成した基板１のマスキング層形
成面におけるマスキング層非形成部に、第１図（ｂ）に
示すように、レジスト層３を形成する。

そしてこのレジスト層３の形成には、種々の電着法、特
に電気泳動電着法を好適に採用することができる。

レジスト層３の形成材料としては、電気化学的挙動を示
して一方の電極に析出可能な材料、たとえば有機材料（
高分子材料）の電着物質等が挙げられる。

有機材料（高分子材料）の電着物質としては、たとえば
Ｆｅ電極上で種々のビニル化合物を電気化学的に重合さ
せて得られる高分子皮膜（金属表面技術ｖｏ１．１９、
Ｎｏ１２．１９６８参照）あるいはピロールやチオフェ
ンを用いて電極上に′形成されるポリピロール、ポリチ
ェニレンの導電性高分子皮膜などが知られている。

また、たとえば自動車の車体の電着塗装用に使用されて
いる有機高分子物質を用いることもてきる。

このような電着に用いられる有機高分子としては、たと
えば天然油脂系、合成油系、アルキド樹脂系、ポリエス
テル樹脂系、アクリル樹脂系、エポキシ樹脂系、メラミ
ン樹脂系等の物質が挙げられる。

これらの有機高分子からなる電着物質により形成される
電着膜は、たとえば酸化重合、熱重合、光重合などによ
り硬化して耐蝕性の優れた皮膜を形成する。

本発明の方法において電着法により形成されるレジスト
層３は、通常、それ自体が被加工物に対する接着性を有
している。

本発明の方法においては、以上のようにして基板１上に
レジスト層３を形成した後、基板１と被加工物４との正
確な位置合わせ（整合）を行う。

基板１と被加工物４との正確な位置合わせ（整合）を行
うことにより、前述の電着法を採用して転写パターンの
破損や変形を排除しつつ基板１のマスキング層非形成部
に形成されたレジスト層３を被加工物４の所定の位置に
転写させることが可能である。

この整合は、たとえば、基板１と被加工物４とを対向さ
せて配置し、両者の位置関係を光学的あるいは電子光学
的に観察しながら基板１に設けたパターン側レジスター
マークと被加工物４に設けた被転写側レジスターマーク
とが重なり合って観察される位置まで基板１および被加
工物４の少なくとも一方を移動させることにより行うこ
とができる。

すなわち、基板１と被加工物４との位置関係を光学的に
観察して得られる情報が、たとえば第２図（ａ）に示す
ようにパターン側レジスターマーク１０と被転写側レジ
スターマーク１１との位置ずれを示していれば、第２図
（ｂ）に示すようにパターン側レジスターマーク１０と
被転写側レジスターマーク１１とが重なり合って観察さ
れる位置まで基板１および被加工物４の少なくとも一方
を移動させればよい。

本発明の方法においては、たとえば以上のようにして基
板１と被加工物４との正確な整合を行った後、第１図（
ｃ）に示すように基板１と被加工物４とを密着させ、次
いで両者を引き離す。

基板１と被加工物４とを密着させてから引き離すことに
より、第１図（ｄ）に示すようにレジスト層３が、直接
、被加工物４の所定の位置に転写される。

なお、レジスト層３が有機高分子の電着物質を用いてな
る場合には、一般に該レジスト層３は基板１と良好に接
着するので、レジスト層３と基板１との接着力がレジス
ト層３と被加工物４との接着力に優り、その結果、レジ
スト層３が被加工物４に剥離転写しなかったり、部分的
な破壊転写を起こしたりして良好なパターン転写がなさ
れないことがある。したがって、本発明の方法において
、有機高分子の電着物質を用いてレジスト層３を形成す
る場合には予め基板１のマスキング層形成面に基板１と
の親和性が低くて剥離性の良好な金属膜を薄く一次電着
し、該金属膜上にレジスト層３を形成する等してもよい
。この場合、レジスト層３は基板１と一次電着金属膜と
の間から該−吹型着金属膜を伴なった形で容易に剥離し
て被加工物４に転写される。すなわち、被加工物４上に
転写されるレジスト層３は前記の一次電蓄金属膜で覆わ
れた状態になるので、転写後に該−吹型着金属膜をエツ
チング処理により除去すれば、被加工物４上に目的のレ
ジスト層３が出現する。このレジスト層３は、−吹型着
金属膜で覆われた状態で被加工物４に転写するので、破
損や変形がなくて良好なパターン画像を形成する。

ここで、−吹型着金属膜の形成材料としては、たとえば
Ｎ　ｉＳＣｒ　Ｎ　Ｆ　ｅ　ＳＡ　ｇ　ＳＡ　ｕ　ＳＣ
ｕ　１ＺｎＳＳｎまたはこれらの化合物、合金類等を特
に好適に用いることができる。これらの金属は電着後の
成膜性に優れているからである。そして、これらの金属
の中でも、転写後にエツチング処理するときに危険性の
少ないエツチング液で容易にエツチング処理が可能な金
属が好ましい。具体的には、たとえばＡｇ、ＣｕＳＮｉ
等が挙げられる。

本発明の方法においては、次いで、被加工物４のエツチ
ング処理を行う。

このエツチング処理は、レジスト層３を耐蝕レジストと
して被加工物４の印刷体面を直接に、または該印刷面に
予め形成されている薄膜材料層のみを、蝕刻する処理で
ある。

エツチング処理には、たとえば各種のドライエツチング
法等の周知の技術を採用することができる。

第１図（ｅ）に示すように、このエツチング処理により
、被加工物４上のレジスト層３が転写されていない部分
は蝕刻される。

このエツチング処理を行った後、被加工物４上に残存す
るレジスト層３を被加工物４から剥離して除去すれば、
第１図（ｆ）に示すように被加工物４に所定形状の微細
パターンを加工形成することができる。

本発明の加工方法により被加工物４に加工形成される微
細パターンは、たとえば線幅が１〜５μｍである場合に
も断線、短絡、ピンホール等の発生がなくて且つ膜厚も
適度で寸法精度および位置合わせ精度の高い精密なもの
である。

そして、本発明の微細パターンの加工方法においては、
以上の工程を繰り返して行うことにより被加工物に複数
の異なる微細パターンを加工形成することができる。

すなわち、先ず本発明の方法を採用して被加工物に１種
類の微細パターンを加工形成する。一方、この微細パタ
ーンとは異なるパターン形状のレジスト層を設けた基板
と上記の被加工物とを例えば前述の要領で正確に位置合
わせした後、基板と被加工物とを密着させ、次いで両者
を分離して新たなパターン形状のレジスト層を被加工物
に転写させる。

次に、この被加工物を前述の要領でエツチング処理して
所定の微細パターンの形状に蝕刻した後、レジスト層を
被加工物から剥膜除去すれば、形状の異なる２種類の微
細パターンを被加工物に加工形成することができる。以
後、必要に応じて同様の工程を繰り返せば、被加工物に
形状の異なる所望の種類の微細パターンを加工形成する
ことができる。

このようにして被加工物に加工形成される複数種類の微
細パターンは、いずれも断線、短絡、ピンホール等の発
生がなく、しかも寸法精度、位置合わせ精度にも優れた
精密なものである。

〔作用〕

本発明の微細パターンの加工方法においては、予め所定
形状のマスキング層を形成した基板を使用し、電着法、
特に電気泳動電着法を好適に採用して該基板のマスキン
グ層非形成部（画線部）にレジスト層を形成する。

この静的なインキングにより、たとえば従来の印刷法に
おいて粘性インキを画線部にこすりつけるようにして物
理的力で転写パターンを形成する場合に生じる圧着力、
摺動力、引張力等の影響を排除して画線に忠実なパター
ンの形成が可能である。

また、この電着法による静的なインキングにより形成さ
れるレジスト層の膜厚は電気量に依存するため膜厚の制
御も容易であり、従来の物理的力によるインキングで問
題となる膜厚の変動が無い。

しかも、マスキング層の側壁でレジスト層（電着膜）は
横方向への成長が抑制されるので、マスキング層が精度
良く形成されていれば、レジスト層の精度も極めて高く
なる。

さらに、電着法で静的にインキングされたレジスト層を
設けた転写基板と被加工物との正確な位置合わせを行な
って被加工物にレジスト層を転写するので、位置合わせ
精度が向上している。

そして、本発明の微細パターンの加工方法においては、
以上のようにして被加工物に精度良く転写されたレジス
ト層を耐蝕レジストにして被加工物のエツチング処理を
行なう。

したがって、被加工物の被印刷面はレジストパターンに
忠実に蝕刻されて高精度で精密な微細パターンが加工形
成される。

このようにして被加工物の被印刷面を蝕刻して形成され
る微細パターンは、たとえ線幅が１〜５μｍ程度であっ
ても断線、短絡、ピンホール等の発生がなく、しかも寸
法精度、位置合わせ精度に優れている。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を示し本発明についてさらに具体的
に説明する。

（実施例１） ステンレス製の基板１（厚さ０．２ｍｍ）の表面に、ポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ）および重クロム酸アンモ
ンを主成分とする水溶性の感光液を塗布し、次いで所定
形状のマスクを用いて露光処理を行なってから現像処理
を行ない、さらに耐水性および電気絶縁性の強化を図る
べく熱処理（バーニング）（温度１５０℃、時間３０分
間）を行なって膜厚１．０μｍ１線幅１０μｍのマスキ
ング層を形成した［第１図（ａ）参照〕。

次いで、白金を陰極、基板１を陽極として基板１のマス
キング層非形成部に電気泳動電着法により膜厚１．２μ
ｍのレジスト層３を形成した［第１図（ｂ）参照コ。

次に、基板１と被加工物４との位置関係を光学的に観察
して基板１に設けたパターン側位置合わせマークと被加
工物４に設けた被転写側位置合わせマークとが重なって
観測される位置まで被加工物４を移動させて位置合わせ
を行なってから、基板１に被加工物４を圧着することに
よりレジスト層３を被加工物４に接着した［第１図（ｃ
）参照コ　。

次いで、基板１と被加工物４とを引き剥がしたところ、
レジスト層３が基板１から剥がれ、レジスト層３は被加
工物４に転写した［第１図（ｄ）参照コ。

次に、四フッ化炭素ガスと酸素ガスとの混合ガス（ＣＦ
　　ガス９５％、０２ガス５％）を用いてレジスト層３
を耐蝕レジストとするドライエツチングを行なった［第
１図（ｅ）参照］。

その後、レジスト層３を常法に従って被加工物４から除
去して被加工物４に、線幅１０μｍ１深さ５μｍの微細
パターンを加工形成した［第１図（ｆ）参照］。

このようにして被加工物４に加工形成した微細パターン
は、寸法精度および位置合わせ精度に優れ、断線、短絡
、ピンホール等の発生も見られなかった。

（実施例２） 第３図（ａ）に示すように、厚さ１．１ｍｍのＡＮガラ
ス板［旭ガラス■製］４１に膜厚０．１μｍのｐ−８ｉ
（ポリシリコン）膜４２を成膜し、次に、このｐ−８ｉ
膜４２上に厚さ０．１μｍの８１０２（シリカ）からな
る絶縁膜４３を形成してから、さらに膜厚０，１μｍの
ゲート用ｐ−３ｉ（ポリシリコン）膜４４をＬＰＣＶＤ
法を採用して成膜し、被加工物４を作製した。

一方、膜厚２．２μｍのポリイミドフィルム上に酸化イ
ンジウムスズ（ＩＴＯ）を膜厚０，２μｍで成膜してな
る基板上にフォトレジスト（東京応化社製）を厚さ約１
μｍで塗布してから所定形状のマスク用いて露光処理を
行ない、さらに現像処理および乾燥処理を行なって所定
形状のマスキング層を形成した。

その後、この基板のマスキング層非形成部に電気泳動電
着法を採用して電着レジストパターンを膜厚１．２μｍ
で成膜することによりレジスト層３を形成した。

次に、この基板と被加工物４との位置関係を光学的に観
察して基板に設けたパターン側位置合わせマークと被加
工物４に設けた被転写側位置合わせマークとが重なって
観測される位置まで被加工物４を移動させて位置合わせ
を行なってから、基板に被加工物４を圧着することによ
りレジスト層３を被加工物４に密着させた。

次いで、基板と被加工物４とを引き剥がしたところ、レ
ジスト層３が基板１から剥がれ、第３図（ｂ）に示すよ
うに、レジスト層３は被加工物４に転写した。

その後、四フッ化炭素ガスと酸素ガスとの混合ガス（Ｃ
Ｆ　　ガス９５％、０２ガス５％）を用いてレジスト層
３を耐蝕レジストとするドライエツチングを行なって第
３図（Ｃ）に示すように、ゲート用ｐ−８ｉ膜４４を所
定の形状に蝕刻した。

しかる後、ゲート用ｐ−３ｉ膜４４上に残存するレジス
ト層３を常法に従って被加工物４から除去して第３図（
ｄ）に示すように被加工物４にゲート長５μｍの微細パ
ターンを加工形成した。

このようにして製造された薄膜トランジスター（Ｔ　Ｐ
　Ｔ）の特性を評価したところ、ステッパーを使用して
露光処理を行なう通常のフォトリソグラフィー工程によ
る加工方法を採用して製造されたＴＰＴの特性と同等で
あった。

〔発明の効果〕

（１）　本発明によると、予め所定形状のマスキング層
を形成した基板上のマスキング層非形成部に電着法を採
用して物理的力の影響を排除した条件で静的に形成した
レジスト層を、基板と被加工物との正確な位置合わせを
行なってから被加工物に転写させた高精度且つ精密な微
細パターンを耐蝕レジストとして被加工物のエツチング
行った後、該レジスト層を被加工物から除去するので、
たとえば線幅が１〜５μｍであっても寸法精度および位
置合わせ精度に優れると共に断線、短絡、ピンホール等
の発生がない微細パターンを容易に且つ効率良く加工形
成することのできる微細パターンの加工方法を提供する
ことができる。

（２）　また、この微細パターンの加工方法の工程を繰
り返して行なうので、いずれも寸法精度および位置合わ
せ精度が高く、しかも断線、短絡、ピンホール等の発生
がない複数種類の微細パターンを容易に且つ効率良く加
工形成することのできる微細パターンの加工方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜同図（ｆ）は本発明の微細パターンの加
工方法により微細パターンを加工形成する場合の一例に
おける基板および被加工物の状態を示す説明図、第２図
（ａ）および同図（ｂ）は本発明の微細パターンの加工
方法における転写基板と被加工物との位置合わせを光学
的に行なう場合の位置合わせ方法の一例を示す説明図、
第３図（ａ）〜同図（ｄ）は本発明の微細パターンの加
工方法により微細パターンを加工形成する場合の他の一
例における基板および被加工物の状態を示す説明図であ
る。 １・・・基板、 ２・・・マスキング層、 ３・・・レジスト層、 ４・・・被加工物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．所定形状のマスキング層が形成された基板上のマス
   キング層非形成部に、電着法によりレジスト層を形成し
   、その後、前記基板と被加工物とを位置合せしてから圧
   着し、次いで、前記基板と被加工物とを引き離すことに
   より該被加工物上に前記レジスト層を転写させ、しかる
   後、該被加工物をエッチング処理して被加工物に微細パ
   ターンを蝕刻した後、前記レジスト層を除去することを
   特徴とする微細パターンの加工方法。
2. ２．請求項１記載の微細パターンの加工方法を繰り返し
   て行うことにより被加工物に複数層の微細パターンを蝕
   刻することを特徴とする微細パターンの加工方法。