JPH1154452A - 深溝底面または高段差部底面における電極パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】深さが２０μｍ〜４０μｍの溝部底面または段
差部底面において、溝または段差部の側面から少なくと
もその深さと等しく離れた位置に、高精度にかつ不良箇
所がなく電極薄膜をパターニングすることは困難であっ
た。 【解決手段】溝部底面または段差底部底面にスパッタに
よる犠牲層アルミニウム薄膜をリフトオフにてパターニ
ング後、溝部または段差部を覆うようにレジストを塗布
してパターニングを行い、次にアルミニウム薄膜を除去
しレジストパターンエッジに庇を形成する。そのレジス
トパターンをマスクとし電極薄膜をスパッタ成膜しリフ
トオフにて電極パターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシニン
グ等でエッチング加工を施した立体形状の溝底面または
段差部底面への電極形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】段差を有するＳｉ基板の段差底面部に電
極パターンを形成する方法として、特開平6−151351 号
公報には、スプレーコーティングにより２層レジストを
形成し、下層のレジストを前もって全面露光しておき、
現像液に対する溶解度の相違から多層レジストパターン
のエッジにオーバーハング部（以後、庇と記述）を形成
し、リフトオフにて電極を形成する方法が開示されてい
る。また、特開平7− 142323号公報には、ポリイミド
樹脂等をダミー層（犠牲層）としてスピンコートにより
形成し、エッジに庇を持つレジストパターンを形成する
方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図３（ａ）とあわせて
説明する。従来の特開平6−151351 号公報に記載された
発明では、深さが２０〜４０μｍで側面が垂直な壁をも
つ矩形状の溝に均一の膜厚でレジストをスプレーコーテ
ィングすることは困難で、特に溝の側壁をレジストでカ
バーすることが難しい。また１μｍ以下のオーダーのレ
ジスト膜厚の制御が原理的に難しいので、基板３０の上
に形成されたレジストパターン３１のエッジに形成する
庇３２の高さＨをサブミクロンオーダーで制御すること
ができない。

【０００４】さらに現像液に対する溶解度の差を利用し
て庇３２を形成するので、庇３２のアンダーカット量Ａ
もモニタすることができない。このように庇３２の形状
を制御できないために、金属原子３３の回り込みが大き
いスパッタ装置で電極薄膜の成膜を行うと、庇のアンダ
ーカット部３４内部に金属原子３３が不用意に入り込み
所望の電極パターン３５のパターン幅Ｂが制御できない
という欠点に結びつく。

【０００５】また、もう一つの特開平7−142323 号公報
に記載された発明では、犠牲層にスピンコーティングに
よるポリイミド樹脂を用いているが、この方法では、深
さが２０〜４０μｍの深い溝にポリイミド樹脂を均一に
コーティングすることができず、溝内の場所によって膜
厚が異なる。また、犠牲層の膜厚をサブミクロンオーダ
ーで制御することが困難である。そのためパターニング
を行う位置によって、レジストパターン３１のエッジに
形成される庇３２の高さＨが異なり、高精度に制御する
ことができない。

【０００６】本発明の目的は、深さが２０μｍ〜４０μ
ｍの溝部底面または段差部底面に、溝または段差部の側
面から少なくともその深さと等しく離れた位置に電極薄
膜をパターニングする方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、深溝底面または高段差底面における電極パターン形
成方法は、高粘性のレジスト、特にポジ型レジストを用
いて溝部または段差部を覆い、溝部底面または段差底部
底面に犠牲層のアルミニウム薄膜をリフトオフ法によっ
てパターニングする工程と、前記パターニングしたアル
ミニウム薄膜と溝部または段差部を先の同じ粘性のレジ
ストで覆うように塗布してレジストをパターニングする
工程と、前記アルミニウム薄膜をウエットエッチング等
で除去しレジストパターンを形成する工程と、前記レジ
ストパターンの上から電極薄膜を成膜する工程と、リフ
トオフ法によってレジストパターンを除去し前記電極薄
膜を所望の形状のパターンで得る工程とを含み、上記各
工程を行うことで可能となる。また、前記アルミニウム
薄膜及び前記電極薄膜を形成する方法が、スパッタ法を
用いることを特徴とする。

【０００８】図３（ａ）（ｂ）を用い各工程の内容につ
いて以下に説明する。

【０００９】ここでは、最終的にエッチング除去される
犠牲層アルミニウム薄膜３６のパターン形状が、レジス
トパターンエッジの庇形状を決定する。つまり、図３
（ａ）の庇３２の高さＨは図３の（ｂ）に示す犠牲層ア
ルミニウム薄膜３６の膜厚に、庇３２のアンダーカット
量Ａは犠牲層アルミニウム薄膜３６のパターン幅Ｃに依
存する。このパターン幅Ｃの制御は、最初にホトリソプ
ロセスで犠牲層アルミニウム薄膜３６のパターニングを
行えば可能である。一方、左右の庇３２の形状を同形状
にするためには、深溝内で均一な膜厚の犠牲層アルミニ
ウム薄膜３６を形成しなければならない。段差や凹凸の
ある部分において、犠牲層となる材質をスピン塗布法や
蒸着法で形成する場合、膜厚をコントロールすることが
できない。それに対してスパッタで形成する膜に関して
は、凹凸のある部分でもほぼ均一な膜厚に成膜すること
が可能であるため、場所によらず膜厚コントロールを行
いやすい。

【００１０】またアルミニウム薄膜は内部応力が低いた
めに２〜５μｍの厚膜を形成することができる。そのた
め庇３２の高さＨを５μｍ程度にすることも可能であ
る。さらに犠牲層アルミニウム薄膜３６は最終的にエッ
チング除去されるため、パターニング精度が低い場合や
パターニングされたアルミニウム薄膜３６のエッジにレ
ジストの残膜，残渣が存在する場合でも、最終的に得ら
れる電極パターン３５に影響を及ぼすことはない。リフ
トオフ法を用い所望の電極パターン幅Ｄに対して片側５
μｍ幅の広い、犠牲層アルミニウム薄膜３６を形成す
る。このパターン幅は５μｍ以上であればよい。ここで
犠牲層アルミニウム薄膜３６をパターニングする方法と
してリフトオフ法を行う理由は、アルミニウム薄膜が高
反射膜であるからである。基板全面にアルミニウム薄膜
をスパッタ成膜しその後ホトリソプロセスを用いエッチ
ングにてパターニングを行う方法では、パターン形成位
置によって予期せぬ露光光の反射が起き、パターニング
の管理を容易に行うことができない。

【００１１】次に、先の犠牲層アルミニウム薄膜３６を
リフトオフにてパターニングする際に用いたのと同じ高
粘性タイプのポジ型レジストを用いスピンコート法によ
って２０〜４０μｍの深溝全体を覆うように塗布する。
この場合、先に述べたようにスピンコート法を利用する
ので、溝底面の位置によってレジスト膜厚に大きなばら
つきが生じる。具体的には、溝の中央部が一番レジスト
膜厚が薄く、溝側面に近づく程レジスト膜厚が厚くな
る。一般的にレジスト膜厚が厚くなるほど露光時の紫外
線が下地まで十分に届かないことや下地での反射光の光
量が少ないため、下層レジストの紫外線に対する感度が
低下する。

【００１２】しかし、電極パターンを形成する下地層に
高反射基板の犠牲層アルミニウム薄膜３６が形成されて
いるので、形成されていない場合に比べレジストの露光
光に対する感度が高くエッジのはっきりしたレジストパ
ターン３１を形成することができる。この後ポストベー
ク処理を行ってレジストを硬化させる。この際耐熱性を
上げるために遠紫外線を照射してキュアを行っても良い
が、通常のポストベーク処理時間を長めに行うことで耐
熱性を上げることができる。その際、レジスト膜厚が厚
いため図４のようにレジストエッジが丸くなりやすい
が、電極パターンを形成する上で特に影響はなく、電極
パターン幅Ｄも変化しない。

【００１３】その後、犠牲層のアルミニウム薄膜３６を
ウエットエッチングで除去する。この際エッチングの進
行を速めるためにエッチング溶液（エッチャント）の温
度を上げておくのが好ましい。そして、マグネトロン式
スパッタ装置等のスパッタ装置を用い犠牲層アルミニウ
ム薄膜３６を取り除いた開口基板表面をアルゴンイオン
でエッチング（逆スパッタ）する。続けてアルゴン雰囲
気で電極薄膜をレジストパターン３１′の上から成膜す
る。最後にレジストパターン３１′の上に成膜された電
極薄膜を剥離液等の溶剤でレジストを溶解させリフトオ
フする。この際レジストパターンエッジに庇３２が形成
されているので、溶剤がレジスト内部に染み込みやすく
容易にリフトオフが可能である。以上のように各工程を
経ることで所望の電極パターンを深溝底面または段差部
底面に形成することが可能となる。

【００１４】以上のように、犠牲層にスパッタによるア
ルミニウム薄膜を利用するので、深さが２０〜４０μｍ
の深溝内や段差部分にもほぼ均一成膜することができ、
サブミクロンオーダーの膜厚コントロールが可能であ
る。またリフトオフ法によってアルミニウム薄膜のパタ
ーニングを行うため、深溝側面での露光光の反射の影響
でパターン形状が変化することがない。上記の溝部底面
または段差部底面に犠牲層のアルミニウム薄膜を所望の
形状でパターニングすることができるので、レジストパ
ターンのエッジにある庇の高さやアンダーカット量を制
御することができる。

【００１５】このため、スパッタで電極薄膜を成膜する
とき庇のアンダーカット部分に入り込む金属原子の回り
込み量を抑制することができる。さらに当然のことなが
ら、庇を形成するので電極パターンをリフトオフにて形
成する際に、レジスト上の電極薄膜と電極パターンの薄
膜とがつながらずに成膜でき、電極パターンのエッジに
レジストの残膜や残渣が付着することがない。さらに
は、電極パターンを形成する下地層が高反射基板のアル
ミニウム薄膜層であるため、厚膜レジストへのパターン
形成を容易に行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図１，
図２を用いて説明していくこととする。

【００１７】図２（ａ）は、リアクティブイオンエッチ
ング（ＲＩＥ）によって深さ３０μｍ，開口径１８７０
×９００μｍのエッチング溝２１が多数形成された厚さ
１mmの石英ガラス基板１１である。図２（ｂ）はその溝
２１の拡大模式図である。この深溝部の側壁（側面）
は、図２（ｂ）のように垂直に形成されている。この溝
部側面２２からの距離が３０μｍ〜４００μｍの位置に
最小パターン幅が９０μｍのＴｉ：１５０ｎｍ／Ｐｔ：
３００ｎｍ／Ａｕ：３００ｎｍの３層電極薄膜２３が形
成されている。本実施例は、上記内容の場所に電極薄膜
２３のような電極パターンを形成する方法に関して記述
してある。

【００１８】図１は、本発明の各工程における深溝拡大
断面模式図を示し、これは図２のａ−ａ′断面図であ
り、この図を用いて以下に説明する。

【００１９】（ａ）：石英ガラス基板１１をノボラック
系ポジ型レジスト（ＯＦＰＲ８００−８００ｃｐ：東京
応化工業社製）を５００rpm５秒，２０００rpm４０秒間
スピンコートによって塗布し、溝部全体をカバレッジさ
せる。次にこのレジストを８０℃で温風循環乾燥機にて
プリベークを行い、その後最終的に得たい電極パターン
のパターン幅より片側５μｍ大きくパターンが開口され
ているホトマスクを介してｇ線の紫外線を用い密着露光
後、専用現像液（ＮＭＤ−３ ２.３８％：東京応化工業
社製）で６０秒間現像後、純水で６０秒間リンスしスピ
ン乾燥させる。さらにもう一度同じ位置に同様のホトマ
スクを用いて露光し、現像，リンス処理してレジストパ
ターンを形成する。次に１２０℃でポストベーク処理を
温風循環乾燥機にて行い犠牲層パターニング用レジスト
パターン１２を得る。（ｂ）：平行平板マグネトロン式
スパッタ装置を用いアルゴンガス圧０.６５Ｐａ，ＲＦ
電圧２００Ｗでレジストパターン１２の上から逆スパッ
タを行い基板表面１１′をわずかにエッチングし清浄面
を露出させる。続いてアルミニウム薄膜１３を０.８μ
ｍスパッタ成膜する。

【００２０】（ｃ）：レジストパターン１２をアセトン
で超音波洗浄しアルミニウム薄膜１３を取り除いた後、
続けて９０℃のポジ型ホトレジスト用剥離液（剥離液−
１０４：東京応化工業社製）に２０分間ディップする。
その後純水で流水洗浄しスピン乾燥してアルミニウム薄
膜１３′が得られる。

【００２１】（ｄ）：基板１１を温風循環乾燥機で２０
０℃，３０分間ベーク処理を行い、その後ＨＭＤＳ処理
（ＯＡＰ処理）をアルミニウム薄膜１３′を含む基板１
１に施した後、先に使用したノボラック系ポジ型ホトレ
ジスト（ＯＦＰＲ８００−８００ｃｐ）を５００rpm５
秒，２０００rpm４０秒間スピンコートによって塗布
し、温風循環乾燥機にて８０℃のプリベーク処理を行い
レジスト層１４を得る。 （ｅ）：電極パターンが形成されたホトマスクを介し同
じく密着露光でｇ線紫外線をレジスト層１４に照射した
後、ＮＭＤ−３現像液で６０秒間現像，６０秒間純水で
リンスし、乾燥させる。その後さらにもう一度先に露光
した部分と同じところに同じマスクパターンを繰り返し
露光し現像リンスする。そしてスピン乾燥後、温風循環
乾燥機にて１２０℃のポストベーク処理を行いレジスト
に熱処理を加え硬化させ、アルミニウム薄膜１３′上に
開口部１５があるレジストパターン１６を得る。先に述
べたように、アルミニウム薄膜１３′のパターン幅より
開口部１５のパターン幅は約１０μｍ細い。

【００２２】（ｆ）：（ｅ）で形成したレジストパター
ン１６の形状を崩すことなくアルミニウム薄膜１３′を
リン酸７５％，氷酢酸１５％，硝酸５％，純水５％を混
合したエッチャントで完全にエッチング除去し、純水で
流水洗浄後スピン乾燥させ、レジストパターン１６のエ
ッジに庇１７を有するリフトオフマスク１６′を形成す
る。

【００２３】（ｇ）：先に述べた平行平板マグネトロン
式スパッタ装置で、リフトオフマスク１６′の上から、
同じくアルゴンガス圧０.６５Ｐａ ，ＲＦ電圧２００Ｗ
で逆スパッタ（エッチング）を行って基板１１′表面を
エッチングして清浄にし、その後同じアルゴン雰囲気で
Ｔｉ：０.１５μｍ，Ｐｔ：０.３μｍ，Ａｕ：０.３μ
ｍを基板加熱せずに順次成膜し、３層電極薄膜１８，電
極パターン１８′を得る。３層電極薄膜１８の膜厚が
０.７５μｍ であり、アルミニウム薄膜１３′の膜厚が
０.８μｍ であるので、３層電極薄膜１８と電極パター
ン１８′がつながって形成されることはない。（ｈ）：
レジストパターン１６′を溶剤に溶解させると同時にレ
ジストパターン１６′上の３層電極薄膜１８を取り除く
リフトオフ法にて電極パターン１８′を形成する。具体
的には、基板１１をアセトンで１５分間超音波洗浄し、
その後剥離液−１０４に温度１００℃，２０分間ディッ
プした後、純水で流水洗浄を行いスピン乾燥して所望の
電極パターン１８′が基板１１の溝底部にパターニング
される。

【００２４】以上（ａ)〜(ｈ）の各工程を順次経ること
で、溝底部に電極パターンが形成される。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、深さが２０μｍ〜４０
μｍの溝部底面または段差部底面において、溝または段
差部の側面から少なくともその深さと等しく離れた位置
に電極薄膜をパターニングする際、レジストに電極パタ
ーンを容易に転写することができる。また、庇のアンダ
ーカット部に入り込む金属原子の回り込み量を抑制しな
がら電極薄膜をパターニングすることができる。さら
に、レジスト上の電極薄膜と電極パターンの薄膜とがつ
ながらずに成膜でき、パターンのエッジにレジストの残
膜や残渣が付着することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の深溝底面に電極薄膜をパタ
ーニングするプロセスを示す図である。

【図２】本発明の一実施例における、多数のエッチング
溝が形成された石英ガラス基板の模式図とその一部のエ
ッチング溝の拡大模式図である。

【図３】エッジに庇が形成されたレジストパターンの拡
大模式図である。

【図４】レジストパターンのポストベーク前後での比較
図である。

【符号の説明】

１１…石英ガラス基板、１１′…基板表面、１２…犠牲
層パターニング用レジストパターン、１３，１３′…ア
ルミニウム薄膜、１４…レジスト層、１５…開口部、１
６，１６′，３１，３１′…レジストパターン、１７，
３２…庇、１８，２３…３層電極薄膜、１８′，３５…
電極パターン、２１…エッチング溝、２２…溝部側面、
３０…基板、３３…金属原子、３４…庇のアンダーカッ
ト部、３６…犠牲層アルミニウム薄膜，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】深さが２０μｍ以上，４０μｍ以下の溝部
   底面または段差部底面内で、該溝部または該段差部側面
   を基準にして該深さと等しい位置からそれ以上に電極用
   金属薄膜をパターニングする工程において、溝部底面ま
   たは段差底部底面にアルミニウム薄膜をリフトオフ法に
   よってパターニングする工程と、前記溝部または段差部
   をレジストで覆い該レジストをパターニングする工程
   と、前記アルミニウム薄膜を除去しレジストパターンを
   形成する工程と、電極薄膜を成膜する工程と、該レジス
   トパターンを除去する工程とを含み上記各工程を経るこ
   とでなる深溝底面または高段差部底面における電極パタ
   ーン形成方法。