(57)【要約】【課題】精度が高いメタルマスクを用いた場合の精度の低下を除いた積層構造の薄膜パタン−ン形成用マスクとその製造方法を提供する。【解決手段】薄膜パターン形成用マスクであって、開口パターンを有するマスク被膜とマスク被膜パターンに対応したパターン形状の支持体を積層したことを特徴とする、積層構造の薄膜パターン形成用マスクと、これを用いたマスクの製造方法である。【選択図】        図１
2004190057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜パターン形成用マスクであって、開口パターンを有するマスク被膜とマスク被膜パターンに対応したパターン形状の支持体を積層したことを特徴とする、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項２】
請求項１に記載された薄膜パターン形成用マスクの支持体が金属板である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項３】
請求項１または２に記載された薄膜パターン形成用マスクが、マスク被膜の片面側にマスク被膜パターンに対応するエッチングレジストパターンを設けた金属板の支持体を積層し、該エッチングレジスト被膜とマスク被膜をエッチングレジストとして金属板の支持体両面からエッチング処理することによりマスク被膜と金属板の支持体に貫通した開口パターンを配設したマスク被膜と金属板の支持体が積層された、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１に記載された薄膜パターン形成用マスクを構成するマスク被膜が感光性樹脂からなるマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項５】
支持体に積層したマスク被膜がポリイミドからなるマスク被膜である、請求項１ないし４のいずれか１に記載された、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項６】
支持体に積層したマスク被膜がアクリル系、エポキシ系、またはゴム系樹脂からなるマスク被膜である、請求項１ないし４のいずれか１に記載された、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜がマスク支持体表面にマスク被膜用樹脂膜を積層した後、支持体上で該マスク被膜樹脂膜にパターンを形成したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜が予めパターン形成を行ったマスク被膜をマスク支持体表面に積層したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜がマスク支持体の金属板の表面に得たいマスク形状の型を形成もしくは設置し、該型にマスク被膜原料を充填し固化させて形成したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜が感光性高分子膜にマスク被膜パターンを露光し、現像とキュアを行って感光性高分子膜のマスク被膜パターンを形成したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜が予めパターン形成を行った版を印刷によりマスク支持体表面に積層したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１に記載された薄膜パターン形成用マスクのパターンを形成する個々の開口部のマスク被膜の開口寸法が対向する支持体の開口寸法より小さい、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項１３】
薄膜パターン形成用マスクのパターンを形成するマスクの支持体の開口がマスク被膜に向かって次第に狭くなっている、請求項１２に記載された積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
【請求項１４】
マスク支持体の金属板の片面に感光性高分子膜を形成し、該感光性高分子膜にマスク被膜パターンを露光し、現像工程とキュア工程を行って金属板の片面に硬化した高分子膜のマスク被膜パターンを形成し、マスク支持体の金属板の反対面にマスク被膜パターンに対応した金属板エッチング用レジストパターンを配設し、ついでマスク被膜とレジスト被膜をエッチングレジストとして金属板の両面からエッチング処理を行って金属板にマスク被膜と貫通した開口を形成することを特徴とする、積層構造の薄膜パターン形成用マスクの製造方法。
【請求項１５】
マスクを金属板の片面に形成した感光性高分子膜がポリイミド樹脂前駆体をセミキュアした半硬化状の感光性ポリイミド被膜である、請求項１４に記載された積層薄膜パターン形成用マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子又は表示用パネル等の製造過程で使用する、金属や無機又は有機の導電性等の特性を有する薄膜（以下機能性薄膜という）を精度良く、少ない工程で任意の微細形状に加工するための薄膜パターン形成用マスクとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子用部品又は表示用パネルの構成部品等はサイズが微小なうえに加工精度が要求されるものであるため、それらの製造においては精度、工数、コストのバランスが重要な要素として種々検討されてきた。
機能薄膜を得る方法としては、金属、セラミックス、有機物、無機物等を基板上に成膜すなわち堆積、もしくは成長させる技術があり、蒸着法、スパッターリング法、気相成長法等が一般的手法として供されている。機能薄膜を任意の形状に加工する技術としては、リフトオフ法や真空中でのドライエッチング等がよく用いられるが、いずれも非成膜部位をマスク、すなわち保護するために膜厚が概ね１〜４μｍ程度のフォトレジストを光化学反応で任意形状に加工するフォトリソグラフィ技術が基本となっていた。フォトリソグラフィ技術とは、基板上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いて所望のパターンを露光後、該レジストを特定の薬品を用いて現像する事によりレジストパターンを得て、しかる後エッチング、レジストの剥離等、一連の工程を行うことで基板に微細パターンを形成するものである。フォトリソグラフィ法は微細なパターンを再現性良く製造できるので、この技術を用いて製作した機能薄膜の寸法精度は優れたものとなる。しかし、その反面製造工程が煩雑で手間がかかるため、作製された製品は高コストになっていた。
これに対し、プロセスの簡略化、工数の低減を行い安価に微細パターンを形成する方法として、膜形成領域が開口したメタルマスクを用いた方法がある。これはあらかじめメタルマスクで基板上の非成膜部位をマスクし、スパッターリングや蒸着等によって所望の部位にのみ選択的に薄膜を形成するものである。
しかしながら、これら二種のマスクプロセスは精度と工数の両方を満足するものではなかった。フォトリソグラフィ技術は薄膜の寸法再現性、微細加工性等の精度には優れるものの、機能薄膜成膜の都度対象基板にレジストマスクパターンを形成する必要があり工数の点で問題があった。対するメタルマスク技術では、メタルマスク製作方法がフォトエッチングの場合、その加工精度自体がレジストの精度より格段に劣り、メタルマスクと被成膜基板のアライメント精度にも物理的限界がある等、機能薄膜寸法精度ともフォトリソグラフィ法には及ばないものであった。しかしメタルマスクを作成すると破損するまで反復使用が可能で、生産性が格段に高いという利点があった。
メタルマスクの製作方法にはフォトエッチング法の他に電鋳法がある。電鋳法は母型に金属を電着させた後、該電着金属を母型より脱型させ母型と凹凸が反対のパターンを得る方法である。長所としては母型から忠実に転写されるので、複雑なデザインや鏡面の要求される金型に最適であった。しかし、分離された電鋳マスクは機械的強度が低く、取り扱いに格別な注意が必要であった。
電鋳法で形成されるメタルマスクはフォトエッチング法で形成されるものよりも精度は比較的高く、母型の精度に依存するものである。しかし母型は一般的に厚膜フォトレジストによって形成されており、そのレプリカが電鋳マスクであればおのずとフォトリソグラフィ法で形成されたものよりも寸法精度は劣るものとなる。またコストが高く、特殊用途向けに使用されることが多いのが実状であった。
このような状況を鑑み、高精度の微細パターンを形成することができ、且つ製造工程が容易で、経済的に安価な薄膜パターン形成方法が望まれていた。
そこで、本発明の発明者は従来のフォトエッチング法によるメタルマスクのコストメリットとフォトリソグラフィ法によるリフトオフの形状及び寸法安定性を具備する新規な薄膜パターン形成用マスクの発明をするに至った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来のメタルマスクを用いる場合の精度の低下を除去し、フォトリソグラフを用いた場合のコストの上昇を除いた、新しい積層構造の薄膜パターン形成用のマスクとその製造方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は半導体素子又は表示用パネル等の製造過程で使用する、金属や無機又は有機の機能薄膜のパターン形成を行うためのマスクとマスクの製造方法に関するもので、より詳細には機能薄膜を精度良く少ない工程で任意の微細形状に加工するための薄膜パターン形成用マスクとその製造方法に関するものである。
本発明は、
「１．  薄膜パターン形成用マスクであって、開口パターンを有するマスク被膜とマスク被膜パターンに対応したパターン形状の支持体を積層したことを特徴とする、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
２．  １項に記載された薄膜パターン形成用マスクの支持体が金属板である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
３．  １項または２項に記載された薄膜パターン形成用マスクが、マスク被膜の片面側にマスク被膜パターンに対応するエッチングレジストパターンを設けた金属板の支持体を積層し、該エッチングレジスト被膜とマスク被膜をエッチングレジストとして金属板の支持体両面からエッチング処理することによりマスク被膜と金属板の支持体に貫通した開口パターンを配設したマスク被膜と金属板の支持体が積層された、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
４．  １項ないし３項のいずれか１に記載された薄膜パターン形成用マスクを構成するマスク被膜が感光性樹脂からなるマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
５．  支持体に積層したマスク被膜がポリイミドからなるマスク被膜である、１項ないし４項のいずれか１に記載された、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
６．  支持体に積層したマスク被膜がアクリル系、エポキシ系、またはゴム系樹脂からなるマスク被膜である、１項ないし４項のいずれか１に記載された、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
７．  １項ないし６項のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜がマスク支持体表面にマスク被膜用樹脂膜を積層した後、支持体上で該マスク被膜樹脂膜にパターンを形成したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
８．  １項ないし６項のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜が予めパターン形成を行ったマスク被膜をマスク支持体表面に積層したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
９．  １項ないし６項のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜がマスク支持体の金属板の表面に得たいマスク形状の型を形成もしくは設置し、該型にマスク被膜原料を充填し固化させて形成したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
１０．  １項ないし６項のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜が感光性高分子膜にマスク被膜パターンを露光し、現像とキュアを行って感光性高分子膜のマスク被膜パターンを形成したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
１１．  １項ないし６項のいずれか１に記載された支持体に積層したマスク被膜が予めパターン形成を行った版を印刷によりマスク支持体表面に積層したマスク被膜である、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
１２．  １項ないし１１項のいずれか１に記載された薄膜パターン形成用マスクのパターンを形成する個々の開口部のマスク被膜の開口寸法が対向する支持体の開口寸法より小さい、積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
１３．  薄膜パターン形成用マスクのパターンを形成するマスクの支持体の開口がマスク被膜に向かって次第に狭くなっている、１２項に記載された積層構造の薄膜パターン形成用マスク。
１４．  マスク支持体の金属板の片面に感光性高分子膜を形成し、該感光性高分子膜にマスク被膜パターンを露光し、現像工程とキュア工程を行って金属板の片面に硬化した高分子膜のマスク被膜パターンを形成し、マスク支持体の金属板の反対面にマスク被膜パターンに対応した金属板エッチング用レジストパターンを配設し、ついでマスク被膜とレジスト被膜をエッチングレジストとして金属板の両面からエッチング処理を行って金属板にマスク被膜と貫通した開口を形成することを特徴とする、積層構造の薄膜パターン形成用マスクの製造方法。
１５．  マスクを金属板の片面に形成した感光性高分子膜がポリイミド樹脂前駆体をセミキュアした半硬化状の感光性ポリイミド被膜である、１４項に記載された積層薄膜パターン形成用マスクの製造方法。」
に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の薄膜パターン形成用マスクは、パターニングされたマスク被膜とそのマスク被膜パターンに対応した形状の支持体を積層した構造のマスクであり、本発明の薄膜パターン形成用マスクの使用方法は、被成膜基板に薄膜パターン形成用マスクのマスク被膜側を着接させ、そしてマスクの支持体側からスパッターリングや蒸着等を行いマスク被膜の開口パターンに則した形状の機能薄膜を形成するものである。本発明の構成要件の１つである支持体はマスク被膜の補強材として機能しているものであり、マスク被膜の強度、姿勢、パターン形状の支持補強をする。支持体を設けることでマスクを繰り返し使用することが可能となる。マスク支持体はあくまでもマスクの補強や取り扱いの容易さから用いられているもので、機能薄膜のパターン形成には直接関与しないものである。機能薄膜のパターンは、マスク被膜の開口パターン形状に忠実に形成されるものであり、機能薄膜の寸法精度はマスク被膜の寸法精度に起因するものである。
【０００６】
薄膜パターン形成用マスクの作成方法はいくつかある。例えば支持体に金属基板を用い金属基板の片面側にパターニングしたマスク被膜を積層させ、金属基板の裏面側にはマスク被膜パターンに対応した金属板エッチング用レジストパターンを形成し、裏面のレジスト膜と表面のマスク被膜をエッチングレジストとして機能させ、金属基板の両面側からエッチングによって金属支持体をパターニングし、最後に裏面のレジスト膜のみを溶媒によって除去する方法等が好適である。この方法はマスク被膜の溶媒と金属基板のエッチングレジストの溶媒が異なる事に着目し、金属板のエッチング液、マスク被膜とエッチングレジスト膜の現像液、剥離液に不溶のマスク被膜とエッチングレジストを用いることによりパターニングプロセス選択性を利用した優れた方法であり、少ない工程数で精度の良いマスクを形成することができる。
【０００７】
以下に本発明の機能薄膜パターン形成用マスクにおける、製造方法の一例を示す。以下に示す４つの方法はマスク被膜のパターン形成方法のみを説明したものであり、支持体のパターニング方法については後に説明する。
（マスク被膜のパターン形成方法）
（１）    フォトリソグラフィ法
支持体表面に感光性樹脂を塗布乾燥させ一面に樹脂被膜を形成し、そしてフォトリソグラフィ法によって所望のパターンのマスク被膜を形成する方法。フォトリソグラフィ法は微細加工精度が優れるため、寸法精度の良いマスクを形成することができる。その加工方法は、まず支持体に感光性樹脂を塗布し乾燥させて感光性高分子膜を形成し、該感光性高分子膜にマスクパターンを露光し、現像、リンス、乾燥、キュア等の工程を経て支持体上に感光性高分子膜のパターンを形成するものである。
（２）    貼り付け法
予めパターン形成を行っておいたマスク被膜を支持体に貼り付ける方法。貼り付け法は予めフォトリソグラフィ法やその他の方法によって所望の形状のマスク被膜を形成しておき、そのパターン形成を行ったマスク被膜を支持体に貼り付けるものである。マスク被膜のパターン形成方法がフォトリソグラフィ法でなければ非感光性樹脂を使用してもよく、そのパターン形成方法はドライエッチング、ウェットエッチング、機械加工方法、電鋳法型による成形等がある。電鋳法によるパターン形成方法は比較的精度が優れるものであり、マスク被膜の母型となる電鋳構造物にマスク被膜原料となる樹脂材料等を流し込み、脱泡固化させて母型に忠実なパターン形状のマスク被膜を形成し、そしてマスク被膜を母型から抜いて支持体に貼り付ける方法である。母型からの離型性を向上させる目的でフッ素樹脂被膜等をあらかじめ母型表面に形成しておいてもよく、マスク被膜原料にエポキシ系樹脂、ポリイミド系、アクリル系、ゴム系などの有機材料はもとより、フッ素樹脂等無機材料、その他アルミナ粉末等セラミックス等を用いてもよい。パターン形成が為されたマスク被膜は支持体となる金属基板上に積層されるが、マスク材料が熱可塑性であれば加熱圧着すればよく、それ以外であれば接着材を用いても良い。
（３）    印刷法
支持体にスクリーン印刷等によって所望のパターンのマスク被膜を印刷する方法。スクリーン印刷法とは、非マスク被膜部のスクリーンの目を塞いでおき、選択的に網目からマスク被膜となる樹脂等を押し出し支持体上の所望の部位にのみ印刷する方法であり、スクリーンを支持体上で専用枠を用いて規定の空隙を確保しつつ担持し、マスク被膜となる樹脂、例えばエポキシ系インク等をスキージ等によって支持体上に押し出し、スクリーンのパターンを転写しマスク被膜パターンを形成するものである。スクリーンはスキージの押圧によるずれが生じたりインク滲み等が生じるため、精度を考慮して用途を決定する必要がある。
（４）    型法
支持体の表面に得たいマスク被膜形状の型を支持体上に形成し、該型にマスク被膜原料を充填し固化させ、この支持体上の型を利用しマスク被膜パターンを形成する方法。まず支持体に得たいパターン形状の型を作る。型を形成する方法は支持体を掘り下げて溝を形成してもよく、また支持体上に型を構築してもよい。溝を形成する方法には支持体にハーフエッチング、サンドブラスト、機械加工等を利用して溝を形成する方法があり、また型を支持体上に構築する場合には支持体上に電鋳等によって型を形成したり、その他の方法であってもよい。そしてこの型にマスク被膜原料を充填し固化させ、所望の形状のマスク被膜を形成する。
このような方法を用いて支持体上に所望の形状のマスク被膜が形成できる。
【０００８】
（支持体パターン形成方法）
次に支持体のパターン形成方法について説明する。支持体のパターン形成方法はいくつかある。例えば機械的に薄膜パターン形状に対応した開口を削工してもよく、またエッチングやその他の方法によって形成してもよい。エッチングによる方法では支持体に金属板を使用し、その両面側もしくは片面側に所望のパターンのエッチングレジストを形成しエッチングによってパターン形成を行う方法がある。その他にもマスク被膜にエッチング液等に不溶な材質を用い、支持体上のパターニングしたマスク被膜をエッチングレジストとして機能させ支持体のパターン形成を行う方法がある。もちろんエッチングレジストとパターニングしたマスク被膜の両方を支持体のレジストとしてもよく、さらにはマスク被膜パターン形成時に両面露光によって裏面側にもマスク被膜と同じ材質のレジスト膜パターンを形成したものであってもよい。
【０００９】
（積層構造の薄膜パターン形成方法）
マスク被膜と支持体の加工順序については、予めパターニングした支持体にパターン形成を行ったマスク被膜を貼り付けてもよく、またパターン形成したマスク被膜を支持体に積層させてから支持体のパターン形成を行ってもよい。パターンの適合性や精度、加工の容易さから支持体上にパターニングしたマスク被膜を積層させてから支持体のパターン形成を行う方が好ましい。
上記に示したマスク被膜のパターン形成方法、支持体のパターン形成方法を組み合わせて本発明の薄膜パターン形成用マスクを形成することが好ましいが、その他の方法を用いて積層構造の薄膜パターン形成用マスクを形成してもよい。
支持体のパターン形成用のレジスト膜とマスク被膜を同じ材質で形成してもよく、この場合にはレジストの剥離の必要がない。無理に剥離しようとするとマスク被膜まで剥離してしまう可能性もあり、マスクとしての使用時あるいはマスク洗浄の際に溶剤や酸、アルカリ等によって脱落する等機能性薄膜成膜の邪魔になければ特別剥離する必要はない。
【００１０】
次にマスク被膜に感光性高分子を用い、フォトリソグラフィ法によってマスク被膜パターンを形成した後、該マスク被膜をレジストとして機能させ、支持体をエッチングによってパターニングした具体例について説明する。ここではエッチングによって支持体のパターン形成を行うため、支持体に金属板を使用した。
フォトリソグラフィ法によるマスク製造方法の大きな特徴の一つは、マスク被膜に感光性樹脂を用いることであり、フォトリソグラフィ技術を用いることで微細加工精度の良いマスクが形成できる。
フォトリソグラフィ法による好ましい薄膜パターン形成用マスクの製造方法は▲１▼感光性高分子膜のパターン形成、▲２▼金属基板エッチング用レジストのパターン形成、▲３▼金属基板のエッチング、▲４▼不要レジストの剥離、の工程からなるものである。
【００１１】
第１の感光性高分子膜のパターン形成は、支持体表面に形成された膜にフォトリソグラフィ法によってパターン形成を行うものである。ここでは一般的なフォトリソグラフィ法と同様、支持体となる金属基板の脱脂処理から始める。そして、脱脂後の金属基板の片側表面に感光性樹脂を塗布し乾燥させて感光性高分子膜を形成する。ここでは感光性樹脂は成膜後に強酸、弱アルカリ、有機溶剤等に耐性があるものを使用した。次いで基板上に均一に形成された感光性高分子膜に予め用意しておいたフォトマスクを用いてマスクパターンを露光する。これにより露光を施した部分の感光性高分子膜は光化学反応によって現像液に不溶なものとなる。これはネガタイプレジストと同じ性質である。そして現像、リンス、乾燥、キュアを行うことで金属基板上に所望の感光性高分子膜パターンを形成できる。現像やリンス工程で使用する溶剤やキュアの温度、各種条件は感光性樹脂に対応して適宜選択すればよい。
【００１２】
そして第２に金属基板の裏面側にエッチングレジストパターンを形成する。レジストを塗布する前に再度金属基板に脱脂等の前処理を行っておく。そして金属基板の裏面側に溶剤可溶型フォトレジストを塗布し、これをプリベークし金属基板の裏面側一面にレジスト膜を形成し、そこに金属基板エッチング用パターンを露光する。金属基板用のエッチングパターンは、表面側の感光性高分子膜の開口に対応した形状とする。本明細書において「支持体開口がマスク被膜開口に対応する」という意味は、支持体開口がマスク被膜開口を包含する開口を形成しており、それらがマスク被膜開口形状の貫通部を有することを示す。そのため、例えば支持体開口がマスク被膜開口よりも小さいものは対応した形状とはいえず、四角形のマスク被膜開口に対してそれを包含する丸形の支持体開口は対応した形状といえる。
エッチングレジストのパターン形成は裏面とのアライメント露光を利用すると表面のパターンとの適合が容易になる。また、本発明のマスク使用時にはガラス等の被成膜基板にマスクの感光性高分子膜側を密着させるように置き、支持体側から機能薄膜を成膜させるため本発明の機能薄膜パターン形成用マスクのパターンは、支持体開口とマスク被膜開口が貫通部を有するものである必要がある。さらには感光性高分子膜のマスク開口寸法より支持体の開口寸法の方が幾分か大きい方が形状精度を向上できる。例えば、１つのマスク被膜開口に対して、支持体上にそれより大きな１つの開口を形成したものや、２つのマスク被膜開口に対してそれらを包含する１つの支持体上に開口を形成したものがある。もちろん複数個のマスク開口を１つの支持体開口で包含するものであってもよい。しかし、後者の例においてはマスクの被膜強度低下の恐れがあるため、強度や加工精度等を考慮に入れてレジストパターンを形成すればよい。
金属基板の裏面側に塗布したエッチング膜にレジストパターンを露光後、現像、リンス、乾燥、ポストベーキング等の工程を経て裏面側にエッチングレジストパターンを形成する。
【００１３】
そして第３に表裏面にパターン形成した感光性高分子膜とエッチングレジストパターンが形成された金属基板にエッチング処理を施す。表面側では、パターニングされた感光性高分子膜がエッチングレジストとして機能するため感光性高分子膜が存在している部分の金属基板は腐食されないが、存在していない部分は腐食される。また裏面側ではレジスト膜が存在している部分の金属基板は腐食されないが、存在しない部分は腐食される。このようにして金属板は両面からエッチングが施され、感光性高分子膜開口と支持体開口が貫通した状態となる。予めマスク被膜にエッチング液、レジスト膜の現像液及び剥離液に耐性のあるものを使用することでこの方法を利用することができる。
支持体形状については、好ましくは金属基板の開口断面が垂直ではなく、マスク被膜の開口に向かうにつれて次第に小さくなるようにすり鉢形状にすると良い。このような形状とすることでマスク形状により忠実な薄膜パターンを成膜することができる。また金属基板開口寸法が感光性高分子膜側開口寸法より十分大きければ、既に形成された感光性高分子膜パターンと裏面のエッチングレジストパターンとの開口パターン中心の位置アライメントに対する許容公差が大きく取れる為、アライメント制御が簡単になるという利点もある。
【００１４】
第４に不要なレジスト膜を剥離する。機能薄膜パターン形成用マスクの製造工程で使用された裏面のエッチングレジストは最終形状では不要となるため、取り除く。裏面側のレジスト膜を取り除く必要のないものに関してはこの工程は必要でないが、通常レジストはマスクとして不要であり、機能薄膜成膜時にレジストが脱落して成膜の妨げとなる可能性があるため取り除いておいた方がよい。エッチングレジストに溶剤可溶型のものを用いると、レジストのみを選択的に溶解剥離することができて好ましいが、それ以外の種類のレジストを用いてもよく、その剥離の際には種類に適した剥離方法を使用すればよい。また両面露光の場合には裏面のレジスト膜にも表面のマスク被膜と同じ感光性樹脂を用いることで脱落の可能性が少なくなるので剥離する必要はなはなく、支持体の両面側に感光性樹脂によるマスク被膜が積層した薄膜パターン形成用マスクが形成される。不要なレジスト膜を剥離した後、リンス、乾燥工程を経て金属基板を支持体とした感光性高分子膜による薄膜パターン形成用マスクが完成する。
本発明の一実施例であるフォトリソグラフィ法による薄膜パターン形成用マスクの製造方法においては、旧来のフォトリソグラフィ法やメタルマスクを用いた方法に比べ、機能薄膜パターン精度はフォトリソグラフィ法とほぼ同等で、かかる工数は大幅に少ない。即ち精度と工数の双方を満足しうる工法として広く産業的用途に提供できる技術といえ、また主溶媒の異なる高分子膜を同一の基板の加工に供し、それぞれのプロセス選択性を利用し効率的な製造が可能な画期的な方法であるといえる。
【００１５】
マスク被膜の材質は特に限定されなく、製造方法やその他の条件等によって適宜選択すればよい。上記のフォトリソグラフィ法で用いたマスク被膜樹脂である感光性樹脂は、マスク被膜の耐久性や素材の安定性等の面からポリイミド樹脂が好ましい。ポリイミド樹脂被膜はワニス状のポリイミド前駆体を支持体に塗布しセミキュアを施し、その後パターン露光〜現像を行い、次いで真空若しくは無酸化雰囲気中で〜４００℃のキュアリングによってポリマーの脱水閉環が完了し、ポリイミド膜が形成される。寸法精度面からは膜厚は硬化後で１〜４μｍ程度が好ましいが、耐久性を重視する場合はこれよりも厚くても何ら支障は無い。ポリイミド前駆体は架橋剤を含有し紫外線により架橋反応を発現するネガタイプのフォトレジストと同様に扱え、解像度はおよそ１〜１０μｍである。ポリイミド被膜は耐酸性・耐熱性に優れ、エッチング液や現像液等にも耐性がある。イミド化後に、キュア条件より低い加熱条件であればアウトガスの発生がなく、蒸着法等による成膜時に膜質に悪影響を与えることなく好適である。またアセトン等の有機溶剤下でも通常使用なら何ら問題は無い。感光性ポリイミド膜の耐薬品性は、本発明の新規マスクの耐久性に効果を発揮する。反復使用する度にマスク表面には機能薄膜が堆積するが、過度に堆積すると堆積物が成膜面に異物として脱落したり、マスク開口形状が変化する等、機能薄膜パターンの品質に悪影響を及ぼす原因となり、これを防ぐためには使用状況に応じてマスクに堆積した機能薄膜を除去する必要がある。その際、酸洗浄により堆積物の除去が可能であり、ポリイミドは耐酸性であるため形状変化が起こることがない。即ちマスク寸法や形状には影響は無く、強度部材の耐食限界まで反復使用が可能な画期的な構造であるといえる。
【００１６】
また機能薄膜形状に要求される寸法精度やその他条件により、低温処理可能なアクリル系、エポキシ系、ゴム系等の感光性樹脂も使用できる。フォトリソグラフィ法以外の方法であれば、マスク被膜形成樹脂に非感光性の樹脂を用いてもよい。その他、酸化シリコン、多結晶シリコン、窒化シリコン、アルミナ、ガラス、他各種セラミックスや、フッ素化合物等の無機膜等、またその他膜厚や強度、その他の条件によっては、金、白金、銀等の貴金属、あるいはチタン、モリブデン等の金属であってもよい。しかし、支持体をエッチングによってパターン形成する場合には、支持基板と腐食溶解のプロセス選択性つまり金属板のエッチング液、マスク被膜とエッチングレジスト膜の現像液、剥離液に不溶のマスク被膜とエッチングレジストである必要があるため適宜選択する必要がある。非感光性樹脂は感光性樹脂よりもコストが安くなる場合が多く、それほど精度が要求されないものにおいては、非感光性樹脂を用いた印刷法等を適宜利用するのが好ましい。
そして、支持体には金属基板やプラスチック板等、マスクの製造方法やその他の状況に応じどのような部材を用いてもよい。エッチングによって基板をパターニングする際にはコバルト・ニッケル・鉄合金、ニッケル・鉄合金、ニッケル・クロム・鉄合金等の金属板が一般的に使用される。これらの材質に関しては表示デバイス用ガラス基板との熱膨張係数やプロセスから要求される素材姿勢、製造方法、またその他の条件から適宜選択すればよい。支持体の厚さは特に制限はないが、金属基板の場合は５０〜１５０μｍ程度までが実用的であり、特に１００μｍ程度が強度と寸法精度から好適である。支持体とマスク被膜の積層方法に関しては、それぞれの材質や種類によって容易に接着し一体化させることができるが、接着性の悪いものに関しては接着剤を介在させたり、加熱圧着等によって接着させればよい。
エッチングレジストを使用する場合には種類やその剥離方法には、表面のマスク被膜と支持体を損傷させることなく、不要なエッチングレジストのみを選択的に剥離除去可能な方法であればどのようなものであってもよい。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の薄膜パターン形成用マスクの使用例と製造方法について実施例を用いて説明する。
実施例
機能薄膜パターンの形成対象をフラットパネルディスプレイとし、有効表示エリアとして対角１０インチ相当の、主に有機ＥＬ表示デバイスにおけるＲＧＢ各色発光材料の画素形成に適用するマスクを製作する例を図面に基づいて具体的に説明する。まず、本発明の薄膜パターン形成用マスクの使用方法について図１に示した。（Ａ）〜（Ｃ）の行程は図１のＡ〜Ｃに相当する。（Ａ）これは本発明の薄膜パターン形成用マスクを用いて被成膜基板に機能薄膜を所望の形状に形成する工程について示したものである。１は機能薄膜パターン形成用マスクであり、機能薄膜のパターン形成を行うためのマスク被膜２と、マスク被膜２の支持体３から構成された積層構造のマスクであり、（Ｂ）被成膜基板５にマスク被膜２を着膜させて使用するものである。そして、支持体側（図の上部）から被成膜基板に向けて真空蒸着等によって成膜する。（Ｃ）成膜後、薄膜パターン形成用マスクを被成膜基板から離脱させると、マスク被膜のパターン形状に沿って所望の部位４にのみ機能薄膜６が形成される。このようにして機能薄膜を所望の形状に成膜できる。また、薄膜パターン形成用マスクを繰り返し使用すると、支持体表面等各部に機能薄膜が堆積してしまうため必要に応じて洗浄を行い付着した不要な機能薄膜を除去し、薄膜パターン形成用マスクを繰り返して使用する。
【００１８】
次に、本発明の薄膜パターン形成用マスクの代表的な製造方法であるフォトリソグラフィ法について説明する。図２には感光性樹脂であるポリイミドをマスク被膜樹脂として用いたときの製造方法をフローシートで示す。（Ａ）〜（Ｈ）の行程は図２のＡ〜Ｈに相当する。
（Ａ）厚さ１００μｍのニッケル鉄合金を支持体３とし、その片側表面に感光性樹脂のポリイミド前駆体ワニスを塗布した。この支持体はあらかじめ脱脂等の前処理を行ったものを使用した。ポリイミド前駆体ワニスを塗布後セミキュア（大気中８５℃）を行う。セミキュアを行うことで溶媒を５０〜６０％程度揮発させ、半硬化させる。（Ｂ）そして、この半硬化ポリイミド膜２´に所望のパターンを露光する。感光性ポリイミドはネガレジストと同様の挙動を示すので、マスク７を用いて最終的にポリイミド膜を形成したい部分に露光を行い、開口させたい部分には露光を施さないよう選択的なパターン露光を行う。（Ｃ）そして露光後、現像、リンス、乾燥、キュア等の工程を経て金属基板上に薄膜パターン形成用マスク被膜２を形成する。一般的にポリイミド膜のキュア温度は段階的に昇温させ最高４００℃程度が好ましく、使用する樹脂に応じてキュア条件を適宜設定する。ここでは最高３５０℃真空雰囲気でキュアを行った。キュア後のポリイミドの膜厚は３μｍとなるように樹脂粘度や濃度、塗布条件等を考慮した。
（Ｄ）次いで、金属基板３の裏面側に金属基板エッチング用レジストパターンを形成する。レジストを塗布する前に再度金属基板に脱脂等の前処理を行っておいた。そして金属基板３の裏面側に溶剤可溶型フォトレジスト、ここではＡＺ系ポジタイプのレジストを塗布し、それらを乾燥させるためにプリベークした。プリベークの温度は一般的には８０〜９０℃程度であり、ここでは８０℃とした。そして金属基板上の裏面側全体にレジスト膜８´を形成する。（Ｅ）そこに金属基板エッチング用パターンを露光する。金属基板は機能薄膜パターン形成用のポリイミド膜の支持体として使用するため、ポリイミド膜のパターン形状に対応させたものとし、レジスト膜へのパターニングは裏面とのアライメント露光を利用した。薄膜形成時においてはガラス等の被成膜基板上にマスク被膜側を着接させて、金属基板側から真空蒸着等によって成膜させるため、感光性高分子膜の成膜部である開口より金属基板の開口が小さくあってはならない。また、好ましくは金属基板の開口が板の垂直方向に対して直角ではなく、感光性高分子膜の開口に向かうにつれて次第に小さくなるようにすり鉢形状とすると良い。このような形状とすることでムラなく薄膜を蒸着させることができ、また表裏のアライメント精度を緩和することもできる。（Ｆ）そして露光後、現像、リンス、乾燥、ポストベーキング（１１０℃）等の工程を経て裏面側にパターニングされたレジスト膜８を形成する。
（Ｇ）そして次にパターニングされた感光性高分子膜２、レジスト膜８を両面に形成した金属基板３にエッチングを施す。エッチング液には塩化第二鉄液を用いた。表面側では、感光性高分子がレジストとして機能するため感光性高分子膜が存在している部分の金属基板は腐食されなく、存在していない部分が腐食される。また裏面側ではレジスト膜が存在している部分の金属基板は腐食されないが、存在しない部分は腐食される。レジストパターンは表面側パターンに対応したパターンであり、感光性高分子膜の開口に対応した金属基板の開口が形成され、感光性高分子膜の開口から金属基板の開口に向けて貫通している。
（Ｈ）その後、不要なレジスト膜８のみをアセトンで剥離する。レジストには溶剤可溶型のレジストを使用したため、該マスクを溶剤に浸漬すると金属基板の裏面側のレジストのみを選択的に剥離できる。レジスト膜を剥離した後、リンス、乾燥することで、本発明の金属基板を支持体とした積層構造の感光性高分子膜による薄膜パターン形成用マスクが完成する。
【００１９】
比較例
圧さ０．０８ｍｍのニッケル・鉄合金に脱脂、洗浄等の前処理を施し、該金属板の両面にレジストを塗布し、プリベークする。そして両面のレジスト膜にフォトマスクを密着させ両面露光を施す。次いで現像、リンス、乾燥、ポストベーキング等の工程を経てレジストの未露光部分を除去し、その後エッチングによって金属の露出部を腐食加工し任意の形状にパターニングする。最後に不要なレジスト膜を溶媒等で除去して単層構造のメタルマスクを形成した。
【００２０】
次に本発明の実施例の薄膜パターン形成用マスクと比較例のメタルマスクの寸法精度について比較する。表１は具体的なマスクの精度に関するものである。本発明のマスクには上記実施例で述べたフォトリソグラフィ法とエッチングを組み合わせた方法によって形成した薄膜パターン形成用マスクの寸法精度を示し、比較例にはメタルマスクのパターン形成部の寸法精度を示した。実施例の薄膜パターン形成用マスクを用いた機能性薄膜パターン形成は、マスク被膜の開口パターンを利用するものであり支持体はパターン形成には関与しないものである。
【００２１】
【表１】
2004190057.tif 000003
【００２２】
表１より明らかなように短寸法、累積ピッチ誤差、マスク開孔部内Ｒのいずれも実施例の方が微小であり、精密且つ精巧な寸法精度の良いマスクを形成することができることが明らかとなった。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の薄膜パターン形成用マスクは、フォトエッチング法によるメタルマスクのコストメリットとフォトリソグラフィ法によるリフトオフの形状及び寸法安定性を具備した新規なマスクであり、少ない工数で比較的容易に高精度の微細パターンを形成することができ、繰り返し使用することもでき経済的に安価で、従来の薄膜パターン形成用マスクと比べて種々の面で優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜パターン形成用マスクを用いた機能性薄膜の生成方法の工程図
【図２】本発明のマスク被膜に感光性高分子を用いたフォトリソ法による薄膜パターン形成用マスクの製造方法の工程図
【符号の説明】
１    薄膜パターン形成用マスク
２´  マスク被膜（パターニング前）
２    マスク被膜（パターニング後）
３    支持体
４    薄膜パターン形成領域（マスク被膜開口）
５    被成膜基板
６    機能性薄膜
７    マスク
８´  レジスト膜（パターニング前）
８    レジスト膜（パターニング後）
【図１】
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【図２】
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