(57)【要約】【課題】  基板上に所望の厚さのマスキング膜を形成でき、かつ、マスキング膜の膜厚が大きくなってもパターン形状の精度を低下させない。【解決手段】  容器１０内に収容した光硬化性のマスキング液２２内で、液面から所定の深さに基板２０を配置し、基板２０上に未硬化のマスキング液層を形成する。次いで、基板２０上に形成された未硬化のマスキング液層に露光マスク１８を介して紫外線ランプ１６の光を露光する。露光によってマスキング液層が所定のパターンに硬化すると、再びマスキング液を容器１０に注入し、その硬化したマスキング層の上に未硬化のマスキング液層を形成する。以下、未硬化のマスキング液への露光と、未硬化のマスキング液層の形成を繰り返し、所望の厚さのマスキング膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所望のパターン及び所望の厚さのマスキング膜を形成する方法であって、
容器内に収容した光硬化性のマスキング液内において液面から所定の深さに基板を配置して、基板のマスキング膜形成面上に未硬化のマスキング液層を形成する第１工程と、
第１工程によって形成された未硬化のマスキング液層の所定領域を露光して硬化させる第２工程と、を有し、
第１工程と第２工程を繰り返し実行することで基板上に所望のパターンで硬化したマスキング層を積層して所望の厚さのマスキング膜を形成することを特徴とするマスキング膜形成方法。
【請求項２】
前記第２工程は、所望のパターンに応じて光透過部が形成された露光マスク越しにマスキング液層を露光することを特徴とする請求項１に記載のマスキング膜形成方法。
【請求項３】
基板は容器内の所定の位置に固定されると共にその基板に対して所定の位置関係に露光マスクが配置され、前記第１工程は、容器内にマスキング液を注入してマスキング液の液面を上昇させることで、基板のマスキング膜形成面上に未硬化のマスキング液層を形成することを特徴とする請求項２に記載のマスキング膜形成方法。
【請求項４】
多数の線材が、その軸線方向が平行で、かつ、その軸線方向に垂直な平面内で所定の位置関係となるように配置された線材電極を製造する方法であって、
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法によって、各線材の配置位置に対応した未硬化領域を有するマスキング膜を基板上に形成する工程と、
基板上に形成されたマスキング膜から未硬化のマスキング液を除去する工程と、
マスキング液が除去された部分に線材材料を配置する工程と、を有する線材電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に所望のパターン及び所望の厚さのマスキング膜を形成する方法に関し、特に、パターンのピッチに比較し厚膜のマスキング膜を形成するためのマスキング膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上にマスキング膜を形成する方法としては、フォトリソグラフィー技術が知られている。図７に示すようにフォトリソグラフィー技術では、基板６２の表面にレジスト液（マスキング液）６４を塗布し、塗布したレジスト液６４に露光マスク６６を介して紫外線ランプ６０の光を露光する。露光マスク６６には、基板上に形成されるレジストパターンに対応した開口６６ａが設けられている。このため、基板６２に塗布されたレジスト液６４は、露光マスク６６の開口６６ａに対応する部位にのみ光が照射され、その部位のレジスト液６４が硬化させられる。レジスト液６４への露光が終了すると、レジスト液６４は現像され、その未硬化部分が除去される。これによって、基板６２の表面に所定パターンのマスキング膜が形成されることとなる。
【０００３】
ところが、近年、配線パターンの高密度化の要請等から、基板上にアスペクト比の高い微細なパターンを形成したいという要望が強くなっている。このため、アスペクト比の高い微細なパターンを得るための種々の検討が行われている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されたフォトリソグラフィー技術では、レジスト液を塗布する前に亜鉛を含む塩基性溶液で基板（アルミニウム基板）を処理し、その後に基板上にレジスト液を塗布し、露光、現像を行っている。
【特許文献１】特開平６−２６０７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、基板上に塗布できるレジスト液の厚み（すなわち、マスキング膜の厚み）に限界があるため、その限界塗布厚（すなわち、レジスト液の表面張力によって決まる塗布厚）を越える厚さのマスキング膜を形成することができないという問題があった。
また、レジスト液の塗布厚を大きくすると、レジスト液の下部まで光が届きにくくなり、レジスト液の下部まで硬化できないといった問題も生じる。かかる問題は、光の強度を上げ、あるいは、光の照射時間を長くすることである程度解決できるが、この場合には、レジスト液内での光の散乱等によってパターン形状を正確に形成できなくなる。すなわち、光の強度を上げ、または、光の照射時間を長くすると、図８に示すように、レジスト液６４内で光が散乱し、レジスト液６４の下部では露光マスク６６の開口部６６ａ以外の部分６８ａにも光が伝播する。このため、光を照射したい部分６８だけでなく、光を照射したくない部分６８ａまで硬化し、パターン形状を正確に形成することができなくなる。
【０００５】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に所望の厚さのマスキング膜を形成でき、かつ、マスキング膜の膜厚が大きくなってもパターン形状を精度良く形成することができるマスキング膜形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために創作された本発明のマスキング膜形成方法は、基板上に所望のパターン及び所望の厚さのマスキング膜を形成する方法であって、容器内に収容した光硬化性のマスキング液内において液面から所定の深さに基板を配置して、基板のマスキング膜形成面上に未硬化のマスキング液層を形成する第１工程と、第１工程によって形成された未硬化のマスキング液層の所定領域を露光して硬化させる第２工程と、を有する。そして、第１工程と第２工程を繰り返し実行することで基板上に所望のパターンで硬化したマスキング層を積層して所望の厚さのマスキング膜を形成することを特徴とする（手段１）。
【０００７】
（手段１に記載の方法の作用と効果）  この方法では、容器内に収容した光硬化性のマスキング液内に基板を配置して、その基板の膜形成面上に形成されたマスキング液層を硬化する。したがって、基板の膜形成面と光照射面との距離を任意の距離に調整することができ、これにより任意の厚みのマスキング膜を形成することができる。また、マスキング膜は、マスキング層を積層して形成されるため、１回の露光で形成される１層のマスキング層の厚みを小さくすることができる。したがって、光の照射強度を上げる必要はなく、また、光の照射時間を長くする必要もない。このため、パターン形状を精度良く形成することができる。
なお、基板のマスキング膜形成面上に未硬化のマスキング液層を順次形成する方法としては、種々の方法を採ることができる。例えば、（１）容器内に基板を固定し、容器内のマスキング液の容量（すなわち、マスキング液の液面）を変えることによって、硬化したマスキング層の上に未硬化のマスキング液層を形成することができ、あるいは、（２）マスキング液内で基板を下方に移動させ、これによって硬化したマスキング層の上に未硬化のマスキング液層を形成することもできる。
【０００８】
手段１に記載のマスキング膜形成方法において、未硬化のマスキング液層を露光する方法としては、例えば、マスキング液層に照射される光を光照射面上で走査することによって露光することもできるが、露光マスクを介して露光することが好ましい。すなわち、前記第２工程は、所望のパターンに応じて光透過部が形成された露光マスク越しにマスキング液層を露光することが好ましい（手段２）。
【０００９】
（手段２に記載の方法の作用と効果）  この方法では、光を走査する必要がないため、光を走査するための制御機構やプログラム等を設ける必要はない。また、マスキング膜を形成するために積層されるマスキング層は、全て同一のパターンに硬化すれば良いため、一種類の露光マスクを用意するだけでよい。
【００１０】
手段２に記載のマスキング膜形成方法においては、基板は容器内の所定の位置に固定されると共にその基板に対して所定の位置関係に露光マスクが配置され、前記第１工程は、容器内にマスキング液を注入してマスキング液の液面を上昇させることで、基板のマスキング膜形成面上に未硬化のマスキング液層を形成することが好ましい（手段３）。
【００１１】
（手段３に記載の方法の作用と効果）  この方法では、一旦、基板と露光マスクの位置関係が調整されると、マスキング膜を成形する間、その位置関係を調整する必要がない。すなわち、この方法では、未硬化のマスキング液層の形成は、容器内にマスキング液を注入し、その液面を上昇させることで行われる。このため、基板と露光マスクの位置関係を変更しなくても未硬化のマスキング液層を順次形成することができ、両者の位置関係を調整する必要がない。
【００１２】
上述した手段１〜３に記載のマスキング膜形成方法は、基板上に配線パターンを作成する場合や、マイクロマシーニングの分野等、種々の分野に利用することができる。例えば、これらの方法は、多数の線材が、その軸線方向が平行で、かつ、その軸線方向に垂直な平面内で所定の位置関係となるように配置された線材電極を製造する場合に利用することができる。すなわち、本発明に係る線材電極の製造方法は、手段１〜３のいずれかに記載の方法によって、各線材の配置位置に対応した未硬化領域を有するマスキング膜を基板上に形成する工程と、基板上に形成されたマスキング膜から未硬化のマスキング液を除去する工程と、マスキング液が除去された部分に線材材料を配置する工程と、を有する（手段４）。
【００１３】
（手段４に記載の製造方法の作用と効果）  この製造方法では、所望の厚みで、かつ、所望のパターンが精度良く形成されたマスキング膜が用いられ、その未硬化部分に線材材料を配置成長させられる。したがって、所望の長さ（所望の厚み）の線材が所望のパターンで精度良く配置された線材電極を製造することができる。特に、線材のピッチ（すなわち、パターンのピッチ）を狭く、かつ、線材の長さ（マスキング膜の膜厚）を任意の長さとできる。このため、線材電極に要求される特性に応じて、線材の配線密度を上げ、かつ、線材の長さを調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を線材電極の製造に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。まず、線材電極の構成について簡単に説明しておく。図６は、線材電極４０と、線材電極４０によって接合される電子素子４２及び電極板２０とを併せて示す斜視図である。
図６に示すように線材電極４０は、多数の線材３８によって構成される。各線材３８は、その軸線方向が平行（同一）とされ、かつ、軸線方向に垂直な平面内で規則的に配置されている（本実施形態では、図４の白い円で示されるように配置されている）。線材３８を規則的に配置するのは、温度変化によって線材３８が変形しても線材３８同士が接触することを防止するためであり、また、配線密度を均一とすることによってその断面内で均一な熱抵抗を実現するためである。線材３８には、熱抵抗が小さく、かつ、電気抵抗の小さい材料（例えば、銅等）が用いられる。線材３８の一端には電極板２０が接合される。電極板２０にも、線材３８と同様、熱抵抗が小さく、かつ、電気抵抗の小さい材料（例えば、銅等）が用いられる。線材３８の他端には、電子素子（シリコン素子）４２が接合される。
【００１５】
線材電極４０によって接合される電子素子４２としては、例えば、ＩＧＢＴやダイオード等のパワー素子が検討されている。パワー素子には大電流が流れ、その発熱量が大きく、パワー素子および電極板の温度が上昇する（１００〜２００℃程度）ため、線材電極４０を用いることで熱応力の緩和が図られる。すなわち、電子素子４２が発熱すると、電子素子４２と電極板２０との線膨張係数の相違から熱応力が生じる。電子素子４２と電極板２０との接合に線材電極４０を用いると、線材電極４０（すなわち、線材３８）が変形し、その熱応力を緩和することができる。
なお、線材電極４０による応力緩和作用を大きくするためには、線材３８の径を小さくし、かつ、線材３８の長さを長くすることが好ましい。また、電子素子４２の熱は、線材３８を介して電極板２０から放熱されるため、電子素子４２の温度上昇を抑えるためには、線材３８の配線密度は大きく、線材３８の長さは短いことが好ましい。したがって、線材電極４０によって最適な放熱性及び応力緩和作用が得られるよう、線材電極４０を構成する線材３８の径、隣接する線材３８間の距離、並びに、線材３８の長さ等が決められている。
【００１６】
次に、上述した線材電極４０の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、線材電極４０（線材３８）の配線パターンに応じたパターンで、かつ、線材電極４０（線材３８）の長さに応じた膜厚を有するマスキング膜を電極板２０上に形成する。次いで、電極板２０上に形成されたマスキング膜の未硬化部分を除去した微小空間に線材３８の材料を析出させ、線材３８を電極板２０上に直接形成する。まず、電極板２０上にマスキング膜を形成する装置及びその装置を用いたマスキング膜の形成手順を説明する。
【００１７】
既に説明したように線材電極４０は、熱応力の緩和及び放熱性の観点から、線材３８の径は小さく、線材３８の配線密度は大きくすることが好ましい。また、線材３８の長さは、熱応力緩和及び放熱性の両者を考慮して最適な長さに決定される。このため、電極板２０上に形成されるマスキング膜も、線材３８の径や配線密度に応じて高解像度のパターンが要求され、かつ、その膜厚も線材３８の長さに応じて任意に調整する必要がある。そこで、本実施形態では図１に示すマスキング膜形成装置を用いてマスキング膜を形成する。
図１に示すように本実施形態のマスキング膜形成装置は、その内部に電極板２０を収容する容器１０と、容器１０にマスキング液供給管１３によって接続されたタンク１２を備える。マスキング液供給管１３にはバルブ１４が配設され、タンク１２内にはマスキング液が貯留されている。マスキング液には、半導体分野で使用されるレジスト液を用いることができ、さらには、光硬化性樹脂（例えば、紫外線硬化型樹脂）の中から適宜選択することができる。タンク１２内のマスキング液は、バルブ１４を開放することで容器１０に供給することができる。容器１０には、容器１０内に収容されたマスキング液２２の液面高さを検知する液面センサ（図示省略）が設けられている。したがって、マスキング液２２の液面を液面センサでモニターしながらバルブ１４が開閉制御され、マスキング液２２の液面高さが精度良く制御されるようになっている。
容器１０上には、露光マスク１８を保持する保持装置（図示省略）が設けられている。保持装置は、露光マスク１８と基板２０との位置合わせを行うための移動機構を備えている。保持装置に保持される露光マスク１８には、線材電極４０の配線パターンに応じて開口１８ａが設けられている。また、露光マスク１８の上方には、紫外線ランプ１６が配設されている。
【００１８】
上述したマスキング膜形成装置を用いたマスキング膜形成手順について説明する。マスキング膜を形成するためには、まず、マスキング液が注入されていない容器１０内に電極板２０を配置する。次いで、電極板２０の配置位置に併せて露光マスク１８を位置決めする。なお、容器１０内には、電極板２０を位置決めするための位置決め機構（例えば、溝等）が設けられ、この位置決め機構によって電極板２０が容器１０内の一定の位置に位置決めされるようになっていてもよい。電極板２０が常に一定の位置に位置決めされるため、露光マスク１８の位置合わせも容易に行うことができる。
次いで、バルブ１４を開放して、容器１０内にマスキング液の供給を開始し、マスキング液２２の液面を上昇させる。マスキング液２２の液面が上昇し、電極板２０上に所定の厚みの未硬化のマスキング液層が形成されると、バルブ１４を閉じ容器１０へのマスキング液の供給を停止する。マスキング液の供給を停止すると、次いで、紫外線ランプ１６を点灯し、電極板２０上に形成された未硬化のマスキング液層を露光マスク１８越しに露光する。これにより、未硬化のマスキング液層の所定領域（露光マスク１８の開口部１８ａに対応する部分）が硬化される。
露光を終了すると紫外線ランプ１６を消灯し、再びバルブ１４を開放して容器１０内へのマスキング液の供給を開始する。これによって、マスキング液２２の液面が再び上昇し、所定のパターンで硬化したマスキング層上に所定の厚みの未硬化のマスキング液層が形成される。次に、紫外線ランプ１６を再び点灯し、その未硬化のマスキング液層を露光し硬化させる。以下、同様にマスキング液の供給、紫外線ランプ１６による露光を繰り返すことで所定の厚みのマスキング層を積層する。そして、積層されたマスキング層が所望の膜厚となると、容器２０内から電極板２０を取り出すこととなる。なお、取り出された電極板２０からは、有機溶剤によって未硬化のマスキング液が除去されることとなる。
【００１９】
図２は上述したマスキング膜形成手順を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、まず、電極板２０上に所定の厚さの未硬化のマスキング液層２２ａが形成され、そのマスキング液層２２ａが露光マスク１８を介して露光される。これによって、露光マスク１８の開口部１８ａに対応した部分２４ａが露光され硬化する。
次いで、図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）で硬化されたマスキング層２４ａ上に再び未硬化のマスキング液層２２ｂが形成される。そして、その未硬化のマスキング液層２２ｂは、露光マスク１８を介して露光され硬化する。以下、同様に、硬化されたマスキング層２４ｂの上に未硬化のマスキング液層２２ｃが形成され、そのマスキング液層２２ｃが露光マスク１８を介して露光される（図２（ｃ））。このように、所定の厚みのマスキング層２４ａ，２４ｂ，２４ｃ・・を積層することによって、所望の厚みのマスキング膜が形成される。
【００２０】
上述の説明から明らかなように、目的とするマスキング膜の膜厚が厚くても、１回の露光で硬化するマスキング層の厚みは小さくできるため、マスキング液２２に照射される光の強度を上げる必要はなく、また、光の照射時間を長くする必要もない。このため、露光マスク１８の開口部１８ａに応じたパターン形状に精度良く硬化することができる。また、電極板２０上に形成されたマスキング膜のパターン形状は、略垂直の壁面とすることも可能となる。例えば、１層の厚さを数〜数十μｍとすることによって、数μｍ程度の精度でパターン形状を形成することが可能となる。
また、本実施形態では、容器内に収容されたマスキング液内に電極板２０を配置し、電極板２０上にあるマスキング液を硬化してマスキング膜を形成する。このため、マスキング膜の厚さに限界はなく、任意の厚さのマスキング膜を形成することができる。すなわち、積層するマスキング層の数に制約はなく、所望の膜厚を得るまでマスキング層を積層することができる。
なお、積層されるマスキング層は全て同一パターンであるため、露光マスク１８は一種類だけ製作すればよい。また、マスキング膜形成中は露光マスク１８を交換する必要はなく、また、電極板２０の位置も変更されないため、電極板２０と露光マスク１８との位置合わせはマスキング膜形成前に一回だけ行えばよい。
さらに、容器１０内にマスキング液を供給している間は紫外線ランプ１６の光が照射されず、容器１０内へのマスキング液の供給が終了してから紫外線ランプ１６の光が照射される。したがって、容器１０内のマスキング液が流動している状態ではマスキング液が硬化されず、精度良くマスキング膜を形成することができる。
【００２１】
上述した方法によって電極板２０の上面にマスキング膜２４を形成すると、さらに、電極板２０の底面及び側面にマスキング膜を形成し、次いで、マスキング膜２４に覆われていない部分に電解メッキによりメッキ金属を電着形成する。
すなわち、図３に示すように、まず、容器３０内に収容されたメッキ液３６内にマスキング膜２４が形成された電極板２０を配置する。次に、電源３４のマイナス極を電極板２０に接続し、電源３４のプラス極をメッキ用電極３２に接続し、通電を開始する。これによって、電極板２０のマスキング膜２４で覆われていない部分にメッキ金属が析出することとなる。なお、電極板２０上面には、図４に示すようにマスキング膜２４が形成され、線材３８が配置される部分２４ａにはマスキング膜２４が形成されていない。このため、線材３８の配置される位置にのみメッキ金属が析出成長し、これによって線材３８が形成されることとなる。
メッキ金属３８が所望の量だけ析出し、線材３８が所定の長さとなると、通電を停止する。次いで、容器３０内から電極板２０を取り出し、マスキング膜２４を除去する。ただし、マスキング膜２４が安定な物質で形成されている場合は、マスキング膜２４を除去する必要はない。
【００２２】
なお、電極板２０上での線材３８の形成は、上述した電解メッキによる方法のみならず、他の方法（真空蒸着法，スパッタ法等）を採用することができる。例えば、図５に示すように、マスキング膜２４が形成された電極板２０に対向して蒸着源５０を配置し、真空蒸着法（あるいは、スパッタ法）によって蒸着源５０の金属をマスキング膜２４が形成されていない部分に付着させる。このような方法によっても電極板２０上に線材３８を形成することができる。
【００２３】
上述の説明から明らかなように、線材３８の形状及び配置パターンはマスキング膜２４の形状及びパターンによって決まり、その精度もマスキング膜２４の形状及びパターンによって決まる。本実施形態では、マスキング膜２４の形状及びパターンの精度は、マスキング層を積層することによって高められているため、線材電極４０を精度良く製造することができる。
【００２４】
以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、容器内にマスキング液を注入することでマスキング液の液面を上昇させ、これによって電極板上に未硬化のマスキング液層を形成した。しかしながら、電極板上に未硬化のマスキング液層を形成する方法としては、上述の方法に限られず、例えば、容器内に電極板を載置するテーブルを配置し、このテーブルを下方に移動させることによって行うこともできる。また、上述した実施形態では、マスキング液の上方から光を照射するようにしたが、このような形態に限られず、容器底面を光透過性の材料で形成し、容器底面から光を照射するようにしてもよい。この場合は、電極板の下面にマスキング膜が形成されることとなる。
また、上述した実施形態は、電子素子と電極板とを接続する線材電極を製造する例であったが、本発明の技術は、マイクロマシーニングの分野で微細な機械部品を精度良く製造する場合等にも好適に適用することができる。
なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係るマスキング膜形成装置の概略構成を示す模式図
【図２】本実施形態のマスキング膜形成手順を模式的に示す図
【図３】本実施形態の電解メッキ装置の概略構成を示す模式図
【図４】電極板に形成されるマスキング膜の一例を示す平面図
【図５】真空蒸着法による線材電極の形成を模式的に示す図
【図６】線材電極によって電極板と電子素子が接合された状態を示す斜視図
【図７】従来のフォトリソグラフィー技術によるマスキング膜の形成手順を説明するための図
【図８】従来のフォトリソグラフィー技術によって厚膜のマスキング膜を形成した場合のマスキング液内での光の伝播状態を模式的に示す図
【符号の説明】
【００２６】
１０・・容器
１２・・タンク
１４・・バルブ
１６・・紫外線ランプ
１８・・露光マスク
２０・・電極板
２２・・マスキング液
２４・・マスキング膜
３８・・線材
４０・・線材電極
４２・・電子素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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