JP4714440B2

JP4714440B2 - フォトマスク製造方法

Info

Publication number: JP4714440B2
Application number: JP2004234716A
Authority: JP
Inventors: 正則上田; 治幸松永
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2024-08-11
Also published as: CN1735319A; JP2006053337A; US20060035157A1; US7632627B2

Description

この発明は、フォトマスク装置、フォトマスク製造方法およびマスクパターン形成方法に関し、特にパターン形成の作業効率を向上させることができるフォトマスク装置、フォトマスク製造方法およびマスクパターン形成方法に関する。

従来、被加工物（例えば、軸、軸受など）の面に所定のパターン（例えば、へリングボーン溝など）を形成させる場合には、所定のパターンに対応した形状をもつ電極を形成し、電解加工や放電加工などを利用して転写し、パターンを形成させていた。

しかしながら、電解加工や放電加工を利用してパターンを転写する方法では、電極と被加工物の間に加工液を流すための隙間が必要であり、かつ被加工物がマスキングされていないため、最適な電解条件、放電条件を設定することが極めて困難であった。また、利用する電極が磨耗してしまうなどの問題があった。

この問題を解決するため、特許文献１では、被加工物の表面に光透過性樹脂皮膜を塗装し、パターンが形成されたマスクを利用して露光し、露光しなかった部分を現像して除去し、パターンを形成させる技術が公開されている。

なお、特許文献２では、レーザー光および複数個のプリズム等を利用して、光透過性樹脂等の温度を効率よく広範囲にわたって上昇させることができる技術が公開されており、特許文献３では、弾性材を利用してマスクを光透過性樹脂等に密着させ、容易に露光可能とする技術が公開されている。

特開平５−１９１０１５号公報特開昭６３−１４４８８８号公報特開昭５６−４１６３９号公報

しかしながら、かかる従来の技術では、マスクパターン形成に対する作業効率が悪いという問題があった。

具体的には、支持部にマスクが固定されており、容易にマスクを交換することができない。したがって、形状の異なる被加工物の面が複数存在する場合には、マスク交換にかなりの時間を要するため、効率よく作業を進めることができず、作業員に与える負担も大きかった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、マスクパターン形成の作業効率を向上させることができるフォトマスク装置、フォトマスク製造方法およびマスクパターン形成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、被加工物の面に所定のパターンを形成するフォトマスク装置であって、パターンを形成する部分にレジストを形成する手段と、パターン形成し、かつ導光ケーブルとコネクタによって接続されたマスクを用いて露光を行い、前記マスクのパターンを前記レジストに転写する手段と、前記レジストを現像する手段と、前記レジストを現像した後に、エッチングにより、前記被加工物の面に所定のパターンを形成する手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記マスクの両端に、導光ケーブルが接続され、該マスクに対して両端から光を入射することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記マスクは、前記被加工物の内部または外部にかん合することを特徴とする。

また、本発明は、フォトマスク製造方法であって、被加工物と同形状のマスクに、光非透過層とレジストを形成し、ポジネガ反転したパターンを露光する工程と、レジストを現像し、エッチングによりポジネガ反転したパターンを前記マスクに形成したマスターマスクを作成する工程と、被加工物にパターンニングを行うために用いるマスクに光非透過層とレジストを形成し、前記マスターマスクをかん合させ、マスターマスク側から露光する工程と、レジストを現像し、エッチングにより、前記パターニングを行うために用いるマスクにパターンを形成する工程と、を含んだことを特徴とする。

また、本発明は、被加工物の面に所定のパターンを形成するマスクパターン形成方法であって、パターンを形成する部分にレジストを形成する工程と、パターン形成し、かつ導光ケーブルとコネクタによって接続されたマスクを用いて露光を行い、前記マスクのパターンを前記レジストに転写する工程と、前記レジストを現像する工程と、前記レジストを現像した後に、エッチングにより、前記被加工物の面に所定のパターンを形成する工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、パターンを形成する部分にレジストを形成し、パターンを形成しかつ導光ケーブルとコネクタによって接続されたマスクを用いて露光を行い、マスクのパターンをレジストに転写し、レジストを現像し、レジストを現像した後に、エッチングにより、被加工物の面に所定のパターンを形成するので、容易にマスクを取り替えることができ、作業効率を向上させることができる。

また、本発明によれば、マスクの両端に導光ケーブルを接続し、マスクの両端から光を入射させるので、露光量を均一化させることができ、被加工物の面に精度よくマスクパターンを形成させることができる。

また、本発明によれば、被加工物と同形状のマスクに、レジストを形成し、ポジネガ反転したパターンをマスクに対して露光し、レジストを現像し、エッチングによりポジネガ反転したパターンをマスクに形成したマスターマスクを作成し、被加工物にパターンニングを行うために用いるマスクにレジストを形成し、マスターマスクをかん合させ、マスターマスク側から露光し、レジストを現像し、エッチングにより、パターンニングを行うために用いるマスクにパターンを形成するので、被加工物の外面にパターンを作成するためのマスクを容易に作成することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係るフォトマスク装置、フォトマスク製造方法およびマスクパターン形成方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

以下、本発明にかかる実施例を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明にかかるフォトマスク装置の構造を示す図である。マスク１は、例えば、円筒状あるいは円柱状で、内面に、所定のマスクパターンを形成したものである。

マスク１の材料としては、ガラス、石英または透明度の高い樹脂材料等が利用できる。また、樹脂材料の例としては、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステルまたはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などがあげられる。

また、マスク１は、コネクタ２を介して支持部３に固定されている。コネクタ２を用いて支持部３に固定されたマスク１は、取り外しが可能である。したがって、被加工物の形状に合わせて任意形状のマスクと交換することができ、マスクパターン形成の作業効率を向上させることができる。

また、マスク１は、可どう性のある光ファイバなどで構成された導光ケーブル４に接続されている。このような可どう性のある導光ケーブル４を用いることで、作業レイアウトに対する自由度が広がり、作業性を改善することができる。

なお、導光ケーブル４は、図示しない露光源（例えばＵＶ光源）に接続されており、露光源から照射されるＵＶ光が、導光ケーブル４を介してマスク１に到達し、レジスト６にマスクパターンを露光することが可能となる。ここで、レジスト６は、被加工物５の内部および側面に塗布した感光性のレジストである。

次に、フォトマスク装置１００が、マスクパターンを被加工物５に形成する製造手順について説明する。図２は、フォトマスク装置１００が、マスクパターンを被加工物５に形成する処理手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、レジストを被加工物５に対してコーディングを行う（ステップＳ１０１）。これは、被加工物５のマスクパターンを形成する面に、レジストを塗布することになる。具体的には、レジストを溶媒で希釈した溶液を微量たらして余分なものを取り除き、レジスト６を塗布する。

なお、レジストの形成方法としては、対象物をレジスト溶液に浸けるディップ法、流し掛け、回転塗布、スプレーを使用する方法、電着法などがある。

次に、塗布したレジストに対してプレベークする（ステップＳ１０２）。ここでプレベークとは、ステップＳ１０１で塗布したレジスト中の溶液を蒸発させるなどのために、レジストの温度を所定温度に上昇させることである。

そして、マスク１を、被加工物５の内部に挿入し（ステップＳ１０３）、露光する（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０３で被加工物５の内部に挿入したマスク１のマスクパターンを、塗布したレジスタに露光する。

そして、マスク１を、被加工物５の内部から抜き取り（ステップＳ１０５）、現像する（ステップＳ１０６）。これは、図１のレジスト６に露光した状態で、現像（例えば、炭酸ナトリウム溶液などで現像）して、マスクパターンを生成する。

そして、ポストベークを行う（ステップＳ１０７）。これは、レジスト６中の溶剤、水分を除去し、被加工物５との密着性を高めるために、所定温度になるまで上昇させる。

そして、エッチングを行う（ステップＳ１０８）。これは、被加工物５の内面にレジスト６で形成されたパターンの部分（レジストが存在しない部分）をエッチング（例えば、塩化第２鉄などでエッチング）して所定深さのパターンを形成する。

エッチングの方法としては、ドライエッチング、あるいはウエットエッチングなどの科学エッチング、電解エッチング、などの方法を使用できる。ドライエッチングとしては、プラズマエッチング、ウエットエッチングの溶液としては、塩化第２鉄、りん酸などを使用できる。電解エッチングの溶液としては、塩化ナトリウム、硝酸ナトリウムなどを使用できる。

そして、レジストを除去する（ステップＳ１０９）。硬化したレジストを剥離液（例えば、水酸化ナトリウム溶液、有機溶剤など）で除去する。

このように、マスクパターンを形成する部分にレジスト６を塗布し、被加工物５の内部に、マスク１を挿入し、露光、現像、エッチングおよびエッチングの除去を行うので、迅速に、マスクパターンを形成することができる。

また、コネクタ２によって、マスク１は取り外しを容易に行うことができるので、任意形状の被加工物の面にかん合可能であり、作業効率を向上させることができる。

なお、マスクを交換した一例を図３および図４に示す。図３のように、被加工物７の内面が円錐状であっても、該円錐状と同形状のマスク１０をマスク１と交換することで、容易に、被加工物７の内面にマスクパターンを形成することができる。

また、図４のように、被加工物８の外面に、マスクパターンを形成させる場合には、被加工物８と同形状の孔を内部に有したマスク２０と交換し、被加工物８の外部にマスク２０をかん合させる。このように、被加工物８の外部にマスク２０をかん合させることで、円柱状の被加工物８の外面にマスクパターンを形成することができる。なお、説明は省略したが、被加工物７の内面および被加工物８の外面には、レジストが塗布されている。

また、フォトマスク装置１００は、図５に示すように、マスク１の端部に光反射層９など（例えばミラー等）を設けてもよい。このようにマスク１の端部に、光反射層９を設けることによって、マスク１の端部の光漏れによる露光の不均一を改善することができる。なお、説明は省略するが、マスク１０および２０の端部にも同様に光反射層を設けることで露光の不均一を改善可能である。

更に、フォトマスク装置１００は、マスク１の両端にコネクタ２を利用して導光ケーブル１１を取り付けることができる（図６に示す）。このように、マスク１の両端に導光ケーブル１１を接続し、マスク１の両端から光を入射させることによって、露光量を均一化させることができ、被加工物５の内面に精度よくマスクパターンを形成させることができる。また、マスク１０およびマスク２０の両端にも同様に導光ケーブル１１を接続させることができる。

次に、加工用マスクの外面に露光パターンを形成する方法を説明する。図７は、加工用マスクの外面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。また、図８は、図７に示すフローチャートを補足するための図である。

図７に示すように、被加工物（例えば図１に示した被加工物５）の内面形状に相当する形状のマスクを作成し、表面にクロム蒸着、めっき等の光非透過層を設け（ステップＳ２０１）、マスクの表面にレジストを塗布し（ステップＳ２０２）、プレベークする（ステップＳ２０３）。

そして、マスクに露光パターンフィルムを巻き付け（ステップＳ２０４）、露光し（ステップＳ２０５）、現像し（ステップＳ２０６）、ポストプレベークする（ステップＳ２０７）。

そして、エッチングを行い（ステップＳ２０８）、レジストを剥離し（ステップＳ２０９）、ネガポジ反転パターンをマスクの表面に形成する（ステップＳ２１０）。

なお、図７では、露光パターンフィルムを利用して、フォトエッチングにより、マスクの表面にパターンを形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、露光パターンフィルムの代わりにレーザー光を三次元走査させて、所定のパターンをレジスト層に直接露光してもよい。

図９は、レーザー光を三次元走査させて、加工用マスクの外面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。図９に示すように、被加工物（例えば図１に示した被加工物５）の内面形状に相当する形状のマスクを作成し、表面にクロム蒸着、めっき等の光非透過層を設け（ステップＳ３０１）、マスクの表面にレジストを塗布し（ステップＳ３０２）、プレベークする（ステップＳ３０３）。

そして、レーザー光三次元走査により露光し（ステップＳ３０４）、現像し（ステップＳ３０５）、ポストプレベークする（ステップＳ３０６）。

そして、エッチングを行い（ステップＳ３０７）、レジストを剥離し（ステップＳ３０８）、ネガポジ反転パターンをマスクの表面に形成する（ステップＳ３０９）。

なお、レーザー光を三次元走査させて、マスク表面の光非透過層を剥離することで、ネガポジ反転パターンを加工マスクに直接描画してもよい。図１０は、マスク表面の光非透過層を剥離することで加工用マスクの外面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。

図１０に示すように、被加工物（例えば図１に示した被加工物５）の内面形状に相当する形状のマスクを作成し、表面にクロム蒸着、めっき等の光非透過層を設け（ステップＳ４０１）、レーザー光三次元走査により、クロム蒸着層を剥離し（ステップＳ４０２）、ネガポジ反転パターンをマスク表面に直接描画する（ステップＳ４０３）。

次に、加工用のマスクの内面に露光パターンを形成する方法を説明する。図１１は、加工用のマスクの内面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。また、図１２は、図１１に示すフローチャートを補足するための図である。

図１１に示すように、被加工物（例えば図４に示した被加工物８）の形状に相当する形状のマスターマスクを作成し、表面にクロム蒸着、めっき等の光非透過層を設け（ステップＳ５０１）、マスターマスクの表面にレジストを塗布し（ステップＳ５０２）、プレベークする（ステップＳ５０３）。

そして、マスターマスクに露光パターンフィルムを巻き付け（ステップＳ５０４）、露光し（ステップＳ５０５）、現像し（ステップＳ５０６）、ポストベークする（ステップＳ５０７）。

そして、エッチングを行い（ステップＳ５０８）、レジストを剥離し（ステップＳ５０９）、ネガポジ反転パターンをマスターマスクの表面に形成する（ステップＳ５１０）。

そして、加工用マスクにクロム蒸着、めっき等の光非透過層を設け（ステップＳ５１１）、レジストを塗布し（ステップＳ５１２）、プレベークする（ステップＳ５１３）。加工用マスクにマスターマスクをかん合させ（ステップＳ５１４）、露光し（ステップＳ５１５）、現像し（ステップＳ５１６）、ポストベークする（ステップＳ５１７）。

そして、エッチングを行い（ステップＳ５１８）、レジストを剥離し（ステップＳ５１９）、加工用マスクの内面にマスクパターンを形成する（ステップＳ５２０）。

このように、加工部品の表面に、エッチングを施すための内面にパターンを設けたマスクについて、表面にネガポジ反転させたパターンを形成したマスクをマスターマスクとして利用するため、加工用マスクの製造が容易となる。

なお、図１１では、露光パターンフィルムを利用して、フォトエッチングにより、マスターマスクの表面にパターンを形成したが、これに限定されるものではなく、たとえば、図９に示したように、露光パターンフィルムの代わりに、レーザー光を三次元走査させて、所定のパターンをレジスト層に直接露光してもよい。また、図１０に示したように、レーザー光を三次元走査させて、マスターマスクの表面のクロム層を剥離することで、ネガポジ反転パターンを直接描画してもよい。

上述したように、本実施例では、被加工物の加工面に光非透過層、レジストを形成し、露光、現像およびエッチングを行うことでマスクパターンを形成することができる。また、マスクはコネクタによって任意形状のマスクと交換が容易であるため、作業効率を向上させることができる。また、可どう性の導光ケーブルを利用しているため、作業レイアウトの自由度を広げることが可能となる。

（付記１）被加工物の面に所定のパターンを形成するフォトマスク装置であって、
パターンを形成する部分にレジストを形成する手段と、
パターン形成し、かつ導光ケーブルとコネクタによって接続されたマスクを用いて露光を行い、前記マスクのパターンを前記レジストに転写する手段と、
前記レジストを現像する手段と、
前記レジストを現像した後に、エッチングにより、前記被加工物の面に所定のパターンを形成する手段と、
を備えたことを特徴とするフォトマスク装置。

（付記２）前記マスクの端部には、光反射層が設けられていることを特徴とする付記１に記載のフォトマスク装置。

（付記３）前記マスクの両端に、導光ケーブルが接続され、該マスクに対して両端から光を入射することを特徴とする付記１に記載のフォトマスク装置。

（付記４）前記マスクは、前記被加工物の内部または外部にかん合することを特徴とする付記１に記載のフォトマスク装置。

（付記５）フォトマスク製造方法であって、
被加工物と同形状のマスクに、光非透過層レジストを形成し、ポジネガ反転したパターンを露光する工程と、
レジストを現像し、エッチングによりポジネガ反転したパターンを前記マスクに形成したマスターマスクを作成する工程と、
被加工物にパターンニングを行うために用いるマスクに光非透過層とレジストを形成し、前記マスターマスクをかん合させ、マスターマスク側から露光する工程と、
レジストを現像し、エッチングにより、前記パターニングを行うために用いるマスクにパターンを形成する工程と、
を含んだことを特徴とするフォトマスク製造方法。

（付記６）被加工物の面に所定のパターンを形成するマスクパターン形成方法であって、
パターンを形成する部分にレジストを形成する工程と、
パターン形成し、かつ導光ケーブルとコネクタによって接続されたマスクを用いて露光を行い、前記マスクのパターンを前記レジストに転写する工程と、
前記レジストを現像する工程と、
前記レジストを現像した後に、エッチングにより、前記被加工物の面に所定のパターンを形成する工程と、
を含んだことを特徴とするマスクパターン形成方法。

以上説明したように、本発明にかかるフォトマスク装置、フォトマスク製造方法およびマスクパターン形成方法は、効率よく被加工物の面にマスクパターンを形成する必要のあるフォトマスクなどに対して有効である。

本発明にかかるフォトマスク装置の構造を示す図である。フォトマスク装置が、マスクパターンを被加工物に形成する処理手順を示すフローチャートである。マスクを交換した一例を示す図（１）である。マスクを交換した一例を示す図（２）である。マスクの端部に光反射層を設けた場合を示す図である。マスクの両端に導光ケーブルを取り付けた場合を示す図である。加工用のマスクの外面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートを補足するための図である。レーザー光を三次元走査させて、加工用マスクの外面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。マスク表面の光非透過層を剥離することで加工用マスクの外面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。加工用のマスクの内面に露光パターンを形成する処理手順を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートを補足するための図である。

符号の説明

１，１０，２０マスク
２コネクタ
３支持部
４，１１導光ケーブル
５，７，８被加工物
６レジスタ
９光反射層

Claims

フォトマスク製造方法であって、
被加工物と同形状のマスクに、光非透過層とレジストを形成し、ポジネガ反転したパターンを露光する工程と、
レジストを現像し、エッチングによりポジネガ反転したパターンを前記マスクに形成したマスターマスクを作成する工程と、
被加工物にパターンニングを行うために用いられ、前記被加工物と同形状の孔を内部に有するマスクである加工用マスクに光非透過層とレジストを形成し、前記マスターマスクを前記加工用マスクの内部の前記孔にかん合させ、前記マスターマスク側から前記加工用マスクの内部の前記孔に露光する工程と、
レジストを現像し、エッチングにより、前記加工用マスクの内部の前記孔にパターンを形成する工程と、
を含んだことを特徴とするフォトマスク製造方法。