配線パターンの形成方法
【課題】アルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジストを用いて配線パターンを基板上に良好に形成することができる配線パターンの形成方法を提供する。
【解決手段】基板上に下地層を成膜すると共に下地層を所定形状にパターニングした後に、下地層が形成された基板上に金属層を成膜する成膜工程と、金属層上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する塗布工程と、該レジスト膜を選択的に露光する露光工程と、下地層を加熱することでレジスト膜を加熱処理する露光後加熱工程と、レジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成する現像工程と、レジストパターンを介して金属層をウェットエッチングすることにより金属層をパターニングするパターニング工程とを有するようにする。
【解決手段】基板上に下地層を成膜すると共に下地層を所定形状にパターニングした後に、下地層が形成された基板上に金属層を成膜する成膜工程と、金属層上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する塗布工程と、該レジスト膜を選択的に露光する露光工程と、下地層を加熱することでレジスト膜を加熱処理する露光後加熱工程と、レジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成する現像工程と、レジストパターンを介して金属層をウェットエッチングすることにより金属層をパターニングするパターニング工程とを有するようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に下地層と金属層とからなる配線で構成される配線パターンを形成する配線パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶ディスプレイ、プリンタに搭載されるヘッド等の各種デバイスに用いられる基板上には、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路等が実装される配線パターンが形成されることがある。このような配線パターンは、一般的にフォトリソグラフィ法を利用して形成されている。具体的には、基板上に金属材料からなる金属膜を形成し、その後、金属膜上にレジストを塗布、露光及び現像等することによってレジスト膜を形成し、このレジスト膜を介して金属膜をエッチング、例えば、ウェットエッチングすることによって配線パターンが形成される。また、このような配線パターンを形成する際には、アルカリ可溶性樹脂を含有するレジストが用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。一般に他のゴム系ネガレスト等に比べて解像度が著しく高く、配線パターンを高精度に形成することができるからである。
【０００３】
しかしながら、このようなレジストでレジスト膜を形成すると、例えば、金属膜のウェットエッチング時などに、レジスト膜が若干剥離してしまい、配線パターンを構成する各配線の幅が所望の幅よりも細くなってしまうという問題がある。また、このような問題は、化学増幅型のレジストを用いる場合に特に生じやすい。化学増幅型のレジストを用いてレジスト膜を形成すると、レジストの加熱処理、例えば、露光後にレジストを加熱処理する露光後加熱処理（ＰＥＢ）が行われる。レジスト膜を良好に形成するためには、このような加熱処理をレジスト全体に均一に施す必要があるが、温度管理が極めて難しい。露光後加熱処理等の加熱処理は、例えば、ホットプレートによって基板を加熱することなどによって行われるため、基板の中央部と周縁部とでレジストの加熱温度を一定にするのは困難であり、レジスト全体を均一に加熱処理できていないのが現状である。
【０００４】
所定の条件でレジストが加熱処理されていないと、現像後のレジストの端面が表面に対して垂直に形成されなかったり、上述したようにレジスト膜が剥離したりしてしまい、結果として配線の幅が細くなるという問題が生じてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２０１７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、アルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジストを用いて配線パターンを基板上に良好に形成することができる配線パターンの形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、所定幅の下地層と当該下地層の上に形成される金属層とからなる配線によって構成される配線パターンをフォトリソグラフィ法により基板上に形成する配線パターンの形成方法であって、基板上に前記下地層を成膜すると共に当該下地層を所定形状にパターニングした後に、前記下地層が形成された前記基板上に前記金属層を成膜する成膜工程と、該金属層上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する塗布工程と、該レジスト膜を選択的に露光する露光工程と、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光後加熱工程と、前記レジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成する現像工程と、該レジストパターンを介して前記金属層をウェットエッチングすることにより当該金属層をパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする配線パターンの形成方法にある。
かかる第１の態様では、レジスト膜を良好に加熱処理することができ、金属層のパターニングに用いるレジストパターンが極めて高精度に形成される。このため、このレジストパターンを介して金属層をウェットエッチングすることで配線パターンを基板上に良好且つ高精度に形成することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前記露光工程の前に、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光前加熱工程をさらに有することを特徴とする第１の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第２の態様では、レジストパターンがさらに良好に形成される。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記下地層の加熱を電磁誘導加熱により行うことを特徴とする第１又は２の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第３の態様では、下地層を選択的に確実に加熱することができる。
【００１０】
かかる第４の態様は、前記下地層を前記金属層よりも比抵抗の高い材料で形成することを特徴とする第３の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第４の態様では、下地層を選択的により確実に加熱することができ、その熱によってレジスト膜をより良好に加熱処理できる。
【００１１】
本発明の第５の態様は、前記下地層を卑金属を含む材料で形成し、且つ前記金属層を貴金属を含む材料で形成することを特徴とする第４の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第５の態様では、下地層及び金属層を所定の材料で形成することで、レジスト膜をさらに良好に加熱処理できると共に、電気特性に優れた配線パターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の配線パターンの形成方法は、各種デバイスを構成する基板上に下地層及び金属層からなる配線パターンをリソグラフィ法により形成する際に適用が可能なものであるがが、以下、インクジェット式記録ヘッドを構成する保護基板上に形成される配線パターンを例示して本発明を説明する。まずは、インクジェット式記録ヘッドの概略構成について説明する。なお、図１は、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
【００１３】
図示するように、流路形成基板１０は、例えば、シリコン単結晶基板からなり、その一方面には厚さが０．５〜２μｍ程度の二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が並設されている。またその長手方向外側には連通部１３が形成され、この連通部１３はインク供給路１４を介して各圧力発生室１２にそれぞれ連通されている。
【００１４】
流路形成基板１０の開口面側には、ノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤等によって固着されている。一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が設けられ、さらにこの弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とが積層されて圧電素子３００が形成されている。圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、リード電極９０の一端が接続されている。このリード電極９０は上電極膜８０上から絶縁体膜５５上まで延設されて、後述する駆動回路に電気的に接続される。
【００１５】
流路形成基板１０上には、保護基板３０が接着剤等によって接合されている。この保護基板３０には、圧電素子３００を保護するための空間である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、その厚さ方向に貫通するリザーバ部３２が設けられている。そして、このリザーバ部３２は流路形成基板１０の連通部１３と連通し、これらリザーバ部３２及び連通部１３によって各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００が形成されている。さらにこの保護基板３０には、圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域に、保護基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、この接続孔３３内まで延設されている。なお、保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００１６】
さらに、保護基板３０上には、駆動配線パターン２１０が形成されており、この駆動配線パターン２１０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２２０が実装されている。なお、本実施形態では、この駆動ＩＣ２２０とリード電極９０とが、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線（図示なし）を介して電気的に接続される。
【００１７】
ここで、図３に示すように、駆動配線パターン２１０は、所定間隔で配設された所定幅の駆動配線２１１によって構成されている。また、各駆動配線２１１は、金属層２１２とこの金属層２１２と保護基板３０との密着性を確保するための下地層２１３とで構成されている。そして、このような駆動配線２１１からなる駆動配線パターン２１０は、詳しくは後述するが、フォトリソグラフィ法によって形成されている。
【００１８】
保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなりコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００１９】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドを構成する保護基板３０上に形成される駆動配線パターン２１０の形成方法について、図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、保護基板の表面部分の拡大断面図である。
【００２０】
まず、図４（ａ）に示すように、例えば、スパッタリング法により下地層２１３を保護基板３０上に全面に亘って成膜する。この下地層２１３は、上述したように金属層２１２と保護基板３０との密着性を確保するためのものであるため、その材料は、金属層２１２の材料に応じて適宜決定されればよいが、金属層２１２よりも比抵抗の高い材料を用いることが好ましい。具体的には、下地層２１３の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の卑金属を含む材料を用いることが好ましい。例えば、本実施形態では、下地層２１３の材料としてニッケクロム（ＮｉＣｒ）を用い、スパッタリング法により５０〜１００ｎｍ程度の厚さとなるように下地層２１３を形成した。
【００２１】
次に、図４（ｂ）に示すように、下地層２１３を所定形状にパターニングする。この下地層２１３のパターニング方法は、特に限定されず、例えば、本実施形態では、フォトリソグラフィ法により下地層をパターニングしている。すなわち、下地層２１３上にレジストを塗布し、露光及び現像等することによりレジストパターン（図示なし）を形成し、このレジストパターンを介してエッチングすることで、下地層２１３を所定形状にパターニングしている。なお、下地層２１３は比較的高精度に形成しておくことが好ましい。このため、下地層２１３のパターニングに用いるレジストパターンは、例えば、縮小投影露光装置（ステッパ）等を用いてレジストを露光すること等により高精度に形成することが望ましい。
【００２２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、所定形状にパターニングされた下地層２１３が設けられた保護基板３０上に、金属層２１２を、例えば、スパッタリング法により全面に亘って成膜する（成膜工程）。金属層２１２の材料は、特に限定されないが、駆動配線２１１を構成するものであるため、比抵抗の低い材料を用いることが好ましく、例えば、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含む材料が挙げられる。本実施形態では、金属層２１２の材料として金（Ａｕ）を用い、スパッタリング法により１μｍ程度の厚さとなるように金属層２１２を形成した。
【００２３】
次に、この金属層２１２を所定形状、すなわち、下地層２１３と同一パターンとなるようにパターニングする。まず、図５（ａ）に示すように、レジストを保護基板３０の全面に塗布してレジスト膜２４０を形成する（塗布工程）。なお、このレジストとして、本発明では、アルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅タイプのものを用いている。なお、このレジストは、ネガ型であってもポジ型であってもよいが、本実施形態では、ポジ型のレジストを用いている。次に、図５（ｂ）に示すように、所定のマスク材２５０を介してレジスト膜２４０を露光する（露光工程）。すなわち、下地層２１３が形成されている領域以外の領域のレジスト膜２４０を露光する。なお、露光条件は、特に限定されず、使用するレジストに応じて適宜決定されればよい。
【００２４】
次に、下地層２１３を選択的に加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理（ＰＥＢ）を行う。すなわち、保護基板３０全体を加熱することなく下地層２１３を選択的に加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行う（露光後加熱工程）。例えば、本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、図示しない誘導加熱コイルが設けられたテーブル２６０上に保護基板３０を載置し、この状態で誘電コイルに通電することで電磁誘導加熱により下地層２１３を選択的に加熱する。そして、下地層２１３が加熱されることで、その熱が金属層２１２を介してレジスト膜２４０に伝わり、レジスト膜２４０が加熱処理される。なお、加熱時の各種条件、例えば、周波数等は、下地層２１３の材料に応じて適宜決定されればよい。
【００２５】
ここで、露光後加熱処理は、レジスト膜２４０の各未露光領域２４１に対して均一な条件で施すことが重要である。そして、本発明のように下地層２１３を加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行うことで、各未露光領域２４１を均一な条件で確実に加熱処理することができる。本実施形態のように、リザーバ部３２等の貫通孔が形成された保護基板３０、すなわち、穴あき基板上に形成されたレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行う際には、特に効果的である。
【００２６】
レジスト膜２４０の露光後加熱処理を行う際、例えば、従来のように基板全体をホットプレート等で加熱すると、例えば、基板中央部と周縁部とでは放熱量の違い等に起因して温度差が生じてしまい、レジスト膜全体を均一に加熱するのが難しい。そして、保護基板３０のように穴あき基板を加熱する場合には、貫通孔に近い領域と貫通孔から離れた領域とにおいても同様の温度差が生じてしまい、レジスト膜全体を均一に加熱するのはさらに困難である。
【００２７】
しかしながら、本発明のように保護基板３０全体を加熱することなく、下地層２１３を選択的に加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行うことで、レジスト膜の各部においてほとんど温度差が生じることがなく、レジスト膜２４０をほぼ均一な温度で加熱処理することができる。レジスト膜２４０の少なくとも各未露光領域２４１は、確実に均一な温度で加熱処理することができる。これにより、例えば、露光工程でレジスト膜２４０が露光不足であった場合でも、その露光不足が確実に補われる。また、下地層２１３を加熱することで、比較的短時間でレジスト膜２４０の加熱処理を行うことができるため、レジスト膜２４０の金属層２１２との密着性も大幅に向上する。なお、上述したように下地層２１３は比抵抗の高い材料で形成されているため、電磁誘導加熱によってレジスト膜２４０の加熱処理に十分な温度に加熱される。
【００２８】
次に、図６（ａ）に示すように、レジスト膜２４０を所定の現像液で現像することで、所定形状のレジストパターン２４５を形成する（現像工程）。このようなレジストパターン２４５を構成するレジスト膜２４０の各端面２４０ａは、金属層２１２（保護基板３０）の表面に対して略垂直に形成される。すなわち、上述した露光後加熱処理工程で、レジスト膜２４０が極めて良好に加熱処理された結果、レジスト膜２４０の各端面２４０ａが略垂直に形成される。
【００２９】
ここで、図７に本発明の方法によって形成したレジストパターン（レジスト膜）の表面状態を示すＳＥＭ像を示す。また、図８に、従来の方法によって形成したレジストパターン（レジスト膜）の表面状態を示すＳＥＭ像を示す。図７に示すように、本発明の方法で形成したレジスト膜の端面は、金属層の表面に対して略垂直に極めて良好に形成されており、また金属層の表面にレジスト残渣も全く確認できなかった。一方、従来の方法、すなわち、ホットプレート等を用いて基板全体を加熱してレジスト膜の露光後加熱処理して形成したレジスト膜は、図８に示すように、その端面が金属層の表面に対して垂直な面には形成されず、また金属層の表面には比較的広い範囲にレジスト残渣が確認された。そして、これらのＳＥＭ像から明らかなように、本発明の方法によれば、レジストパターン２４５を極めて良好に形成することができる。
【００３０】
なお、レジスト膜２４０の現像に用いる現像液は、特に限定されるものではない。本発明ではレジストとしてアルカリ可溶性樹脂を含有するものを用いているため、シンナー系の溶剤等を含む薬液を用いる必要はなく、例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等の比較的環境に優しい薬液を現像液として用いることができる。
【００３１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、このレジストパターン２４５を介して金属層２１２をウェットエッチングすることにより金属層２１２を所定形状にパターニングする（パターニング工程）。すなわち、下地層２１３に対向する領域以外の金属層２１２をウェットエッチングにより除去する。その後、レジストパターン２４５をアッシング等により除去することにより、下地層２１３及び金属層２１２からなる駆動配線２１１で構成される駆動配線パターン２１０が形成される（図３参照）。
【００３２】
そして、このようなパターニング工程では、金属層２１２は、その端面２１２ａが傾斜することなく保護基板３０の表面に対して略垂直となるように良好に形成される。これは、上述したようにレジスト膜２４０の端面２４０ａが保護基板３０の表面に対して略垂直に形成されているからである。また、露光後加熱工程を実施することでレジスト膜２４０と金属層２１２との密着性が向上しているため、金属層２１２をパターニングする際に、レジスト膜２４０の剥がれが生じることがない。このため、金属層２１２は、パターニング工程においてほとんどサイドエッチングされることはない。例えば、通常のエッチング（ジャストエッチ）時間に対して、１．５倍〜２倍程度までエッチング時間を延長した場合でも金属層２１２のパターン幅は一定に保たれる。したがって、エッチング時間の厳しい管理を必要とすることなく、金属層２１２を極めて高精度にパターニングすることができる。
【００３３】
このように金属層２１２の幅はレジストパターン２４５を構成するレジスト膜２４０の幅で決まることになる。したがって、各駆動配線２１１の幅を実質的に広くして電気抵抗を低下させることができ、また設計マージンが広くなるため駆動配線パターン２１０の高密度化を図ることもできる。また、レジストパターン２４５が極めて良好に形成されるため、金属層２１２のエッチング不良等の発生も抑えられるため、歩留まりが向上しコストの削減を図ることもできる。
【００３４】
また、このような本発明の方法によって形成された金属層２１２の端面２１２ａ、すなわち、駆動配線２１１の端面２１１ａは、上述したように保護基板３０の表面に対して略垂直な面で構成されるため、駆動配線２１１の形状不良に伴う異常リークを防止でき、例えば、断線等の不良の発生を防止できる。また、駆動配線２１１の端面２１１ａが略垂直に形成されており、いわゆるダレがないため、駆動ＩＣ２２０を確実に実装することができる。また、駆動配線パターン２１０が極めて良好に形成され、保護基板３０との密着性も良好であるため、その後の工程で、例えば、バックグラインダ等による研磨工程を実施する場合であっても、その際に駆動配線２１１の剥がれ等の問題が生じることもない。
【００３５】
さらに、本発明の方法では、金属層２１２をパターニングする前に下地層２１３をパターニングしており、また金属層２１２を極めて高精度にパターニングすることができるため、金属層２１２をパターニング後に、下地層２１３をさらにパターニングする必要はない。したがって、下地層２１３の材料の選択範囲が大幅に広がる。例えば、金属層をパターニング後に下地層をウェットエッチングによりパターニングする場合、金属層と下地層との間で生じる電食反応により下地層のサイドエッチングが進行しやすいという問題があり、下地層の材料の選択範囲は限られてしまう。しかしながら、本発明の方法によれば、下地層２１３のサイドエッチングの問題が生じることはないため、下地層２１３の材料の選択範囲が大幅に広がる。
【００３６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、レジスト膜を露光後に、露光後加熱工程を行う方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、前記露光工程の前に、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光前加熱工程（プレベーク工程）をさらに実施するようにしてもよい。このような露光前加熱工程を実施する場合にも、例えば、電磁誘導加熱によって下地層を加熱することにより、その熱によってレジスト膜を極めて良好に加熱処理することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッドの保護基板上に形成される駆動配線パターンを例示して本発明を説明したが、本発明は、例えば、半導体デバイス等、あらゆるデバイスが用いられる基板上に配線パターンを形成する際に採用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】記録ヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】一実施形態に係る駆動配線パターンを示す概略断面図である。
【図４】一実施形態に係る駆動配線パターンの形成工程を示す概略断面図である。
【図５】一実施形態に係る駆動配線パターンの形成工程を示す概略断面図である。
【図６】一実施形態に係る駆動配線パターンの形成工程を示す概略断面図である。
【図７】一実施形態に係るレジスト膜の端面の表面状態を示すＳＥＭ像である。
【図８】従来技術に係るレジスト膜の端面の表面状態を示すＳＥＭ像である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 流路形成基板、 ２０ ノズルプレート、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ２１０ 駆動配線パターン、 ２１１ 駆動配線、 ２１２ 金属層、 ２１３ 下地層、 ２２０ 駆動ＩＣ、 ２４０ レジスト膜、 ２４５ レジストパターン、 ２５０ マスク材、 ２６０ テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に下地層と金属層とからなる配線で構成される配線パターンを形成する配線パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶ディスプレイ、プリンタに搭載されるヘッド等の各種デバイスに用いられる基板上には、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路等が実装される配線パターンが形成されることがある。このような配線パターンは、一般的にフォトリソグラフィ法を利用して形成されている。具体的には、基板上に金属材料からなる金属膜を形成し、その後、金属膜上にレジストを塗布、露光及び現像等することによってレジスト膜を形成し、このレジスト膜を介して金属膜をエッチング、例えば、ウェットエッチングすることによって配線パターンが形成される。また、このような配線パターンを形成する際には、アルカリ可溶性樹脂を含有するレジストが用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。一般に他のゴム系ネガレスト等に比べて解像度が著しく高く、配線パターンを高精度に形成することができるからである。
【０００３】
しかしながら、このようなレジストでレジスト膜を形成すると、例えば、金属膜のウェットエッチング時などに、レジスト膜が若干剥離してしまい、配線パターンを構成する各配線の幅が所望の幅よりも細くなってしまうという問題がある。また、このような問題は、化学増幅型のレジストを用いる場合に特に生じやすい。化学増幅型のレジストを用いてレジスト膜を形成すると、レジストの加熱処理、例えば、露光後にレジストを加熱処理する露光後加熱処理（ＰＥＢ）が行われる。レジスト膜を良好に形成するためには、このような加熱処理をレジスト全体に均一に施す必要があるが、温度管理が極めて難しい。露光後加熱処理等の加熱処理は、例えば、ホットプレートによって基板を加熱することなどによって行われるため、基板の中央部と周縁部とでレジストの加熱温度を一定にするのは困難であり、レジスト全体を均一に加熱処理できていないのが現状である。
【０００４】
所定の条件でレジストが加熱処理されていないと、現像後のレジストの端面が表面に対して垂直に形成されなかったり、上述したようにレジスト膜が剥離したりしてしまい、結果として配線の幅が細くなるという問題が生じてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２０１７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、アルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジストを用いて配線パターンを基板上に良好に形成することができる配線パターンの形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、所定幅の下地層と当該下地層の上に形成される金属層とからなる配線によって構成される配線パターンをフォトリソグラフィ法により基板上に形成する配線パターンの形成方法であって、基板上に前記下地層を成膜すると共に当該下地層を所定形状にパターニングした後に、前記下地層が形成された前記基板上に前記金属層を成膜する成膜工程と、該金属層上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する塗布工程と、該レジスト膜を選択的に露光する露光工程と、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光後加熱工程と、前記レジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成する現像工程と、該レジストパターンを介して前記金属層をウェットエッチングすることにより当該金属層をパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする配線パターンの形成方法にある。
かかる第１の態様では、レジスト膜を良好に加熱処理することができ、金属層のパターニングに用いるレジストパターンが極めて高精度に形成される。このため、このレジストパターンを介して金属層をウェットエッチングすることで配線パターンを基板上に良好且つ高精度に形成することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前記露光工程の前に、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光前加熱工程をさらに有することを特徴とする第１の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第２の態様では、レジストパターンがさらに良好に形成される。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記下地層の加熱を電磁誘導加熱により行うことを特徴とする第１又は２の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第３の態様では、下地層を選択的に確実に加熱することができる。
【００１０】
かかる第４の態様は、前記下地層を前記金属層よりも比抵抗の高い材料で形成することを特徴とする第３の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第４の態様では、下地層を選択的により確実に加熱することができ、その熱によってレジスト膜をより良好に加熱処理できる。
【００１１】
本発明の第５の態様は、前記下地層を卑金属を含む材料で形成し、且つ前記金属層を貴金属を含む材料で形成することを特徴とする第４の態様の配線パターンの形成方法にある。
かかる第５の態様では、下地層及び金属層を所定の材料で形成することで、レジスト膜をさらに良好に加熱処理できると共に、電気特性に優れた配線パターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の配線パターンの形成方法は、各種デバイスを構成する基板上に下地層及び金属層からなる配線パターンをリソグラフィ法により形成する際に適用が可能なものであるがが、以下、インクジェット式記録ヘッドを構成する保護基板上に形成される配線パターンを例示して本発明を説明する。まずは、インクジェット式記録ヘッドの概略構成について説明する。なお、図１は、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
【００１３】
図示するように、流路形成基板１０は、例えば、シリコン単結晶基板からなり、その一方面には厚さが０．５〜２μｍ程度の二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が並設されている。またその長手方向外側には連通部１３が形成され、この連通部１３はインク供給路１４を介して各圧力発生室１２にそれぞれ連通されている。
【００１４】
流路形成基板１０の開口面側には、ノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤等によって固着されている。一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が設けられ、さらにこの弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とが積層されて圧電素子３００が形成されている。圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、リード電極９０の一端が接続されている。このリード電極９０は上電極膜８０上から絶縁体膜５５上まで延設されて、後述する駆動回路に電気的に接続される。
【００１５】
流路形成基板１０上には、保護基板３０が接着剤等によって接合されている。この保護基板３０には、圧電素子３００を保護するための空間である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、その厚さ方向に貫通するリザーバ部３２が設けられている。そして、このリザーバ部３２は流路形成基板１０の連通部１３と連通し、これらリザーバ部３２及び連通部１３によって各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００が形成されている。さらにこの保護基板３０には、圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域に、保護基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、この接続孔３３内まで延設されている。なお、保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００１６】
さらに、保護基板３０上には、駆動配線パターン２１０が形成されており、この駆動配線パターン２１０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２２０が実装されている。なお、本実施形態では、この駆動ＩＣ２２０とリード電極９０とが、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線（図示なし）を介して電気的に接続される。
【００１７】
ここで、図３に示すように、駆動配線パターン２１０は、所定間隔で配設された所定幅の駆動配線２１１によって構成されている。また、各駆動配線２１１は、金属層２１２とこの金属層２１２と保護基板３０との密着性を確保するための下地層２１３とで構成されている。そして、このような駆動配線２１１からなる駆動配線パターン２１０は、詳しくは後述するが、フォトリソグラフィ法によって形成されている。
【００１８】
保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなりコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００１９】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドを構成する保護基板３０上に形成される駆動配線パターン２１０の形成方法について、図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、保護基板の表面部分の拡大断面図である。
【００２０】
まず、図４（ａ）に示すように、例えば、スパッタリング法により下地層２１３を保護基板３０上に全面に亘って成膜する。この下地層２１３は、上述したように金属層２１２と保護基板３０との密着性を確保するためのものであるため、その材料は、金属層２１２の材料に応じて適宜決定されればよいが、金属層２１２よりも比抵抗の高い材料を用いることが好ましい。具体的には、下地層２１３の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の卑金属を含む材料を用いることが好ましい。例えば、本実施形態では、下地層２１３の材料としてニッケクロム（ＮｉＣｒ）を用い、スパッタリング法により５０〜１００ｎｍ程度の厚さとなるように下地層２１３を形成した。
【００２１】
次に、図４（ｂ）に示すように、下地層２１３を所定形状にパターニングする。この下地層２１３のパターニング方法は、特に限定されず、例えば、本実施形態では、フォトリソグラフィ法により下地層をパターニングしている。すなわち、下地層２１３上にレジストを塗布し、露光及び現像等することによりレジストパターン（図示なし）を形成し、このレジストパターンを介してエッチングすることで、下地層２１３を所定形状にパターニングしている。なお、下地層２１３は比較的高精度に形成しておくことが好ましい。このため、下地層２１３のパターニングに用いるレジストパターンは、例えば、縮小投影露光装置（ステッパ）等を用いてレジストを露光すること等により高精度に形成することが望ましい。
【００２２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、所定形状にパターニングされた下地層２１３が設けられた保護基板３０上に、金属層２１２を、例えば、スパッタリング法により全面に亘って成膜する（成膜工程）。金属層２１２の材料は、特に限定されないが、駆動配線２１１を構成するものであるため、比抵抗の低い材料を用いることが好ましく、例えば、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含む材料が挙げられる。本実施形態では、金属層２１２の材料として金（Ａｕ）を用い、スパッタリング法により１μｍ程度の厚さとなるように金属層２１２を形成した。
【００２３】
次に、この金属層２１２を所定形状、すなわち、下地層２１３と同一パターンとなるようにパターニングする。まず、図５（ａ）に示すように、レジストを保護基板３０の全面に塗布してレジスト膜２４０を形成する（塗布工程）。なお、このレジストとして、本発明では、アルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅タイプのものを用いている。なお、このレジストは、ネガ型であってもポジ型であってもよいが、本実施形態では、ポジ型のレジストを用いている。次に、図５（ｂ）に示すように、所定のマスク材２５０を介してレジスト膜２４０を露光する（露光工程）。すなわち、下地層２１３が形成されている領域以外の領域のレジスト膜２４０を露光する。なお、露光条件は、特に限定されず、使用するレジストに応じて適宜決定されればよい。
【００２４】
次に、下地層２１３を選択的に加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理（ＰＥＢ）を行う。すなわち、保護基板３０全体を加熱することなく下地層２１３を選択的に加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行う（露光後加熱工程）。例えば、本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、図示しない誘導加熱コイルが設けられたテーブル２６０上に保護基板３０を載置し、この状態で誘電コイルに通電することで電磁誘導加熱により下地層２１３を選択的に加熱する。そして、下地層２１３が加熱されることで、その熱が金属層２１２を介してレジスト膜２４０に伝わり、レジスト膜２４０が加熱処理される。なお、加熱時の各種条件、例えば、周波数等は、下地層２１３の材料に応じて適宜決定されればよい。
【００２５】
ここで、露光後加熱処理は、レジスト膜２４０の各未露光領域２４１に対して均一な条件で施すことが重要である。そして、本発明のように下地層２１３を加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行うことで、各未露光領域２４１を均一な条件で確実に加熱処理することができる。本実施形態のように、リザーバ部３２等の貫通孔が形成された保護基板３０、すなわち、穴あき基板上に形成されたレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行う際には、特に効果的である。
【００２６】
レジスト膜２４０の露光後加熱処理を行う際、例えば、従来のように基板全体をホットプレート等で加熱すると、例えば、基板中央部と周縁部とでは放熱量の違い等に起因して温度差が生じてしまい、レジスト膜全体を均一に加熱するのが難しい。そして、保護基板３０のように穴あき基板を加熱する場合には、貫通孔に近い領域と貫通孔から離れた領域とにおいても同様の温度差が生じてしまい、レジスト膜全体を均一に加熱するのはさらに困難である。
【００２７】
しかしながら、本発明のように保護基板３０全体を加熱することなく、下地層２１３を選択的に加熱することによってレジスト膜２４０の露光後加熱処理を行うことで、レジスト膜の各部においてほとんど温度差が生じることがなく、レジスト膜２４０をほぼ均一な温度で加熱処理することができる。レジスト膜２４０の少なくとも各未露光領域２４１は、確実に均一な温度で加熱処理することができる。これにより、例えば、露光工程でレジスト膜２４０が露光不足であった場合でも、その露光不足が確実に補われる。また、下地層２１３を加熱することで、比較的短時間でレジスト膜２４０の加熱処理を行うことができるため、レジスト膜２４０の金属層２１２との密着性も大幅に向上する。なお、上述したように下地層２１３は比抵抗の高い材料で形成されているため、電磁誘導加熱によってレジスト膜２４０の加熱処理に十分な温度に加熱される。
【００２８】
次に、図６（ａ）に示すように、レジスト膜２４０を所定の現像液で現像することで、所定形状のレジストパターン２４５を形成する（現像工程）。このようなレジストパターン２４５を構成するレジスト膜２４０の各端面２４０ａは、金属層２１２（保護基板３０）の表面に対して略垂直に形成される。すなわち、上述した露光後加熱処理工程で、レジスト膜２４０が極めて良好に加熱処理された結果、レジスト膜２４０の各端面２４０ａが略垂直に形成される。
【００２９】
ここで、図７に本発明の方法によって形成したレジストパターン（レジスト膜）の表面状態を示すＳＥＭ像を示す。また、図８に、従来の方法によって形成したレジストパターン（レジスト膜）の表面状態を示すＳＥＭ像を示す。図７に示すように、本発明の方法で形成したレジスト膜の端面は、金属層の表面に対して略垂直に極めて良好に形成されており、また金属層の表面にレジスト残渣も全く確認できなかった。一方、従来の方法、すなわち、ホットプレート等を用いて基板全体を加熱してレジスト膜の露光後加熱処理して形成したレジスト膜は、図８に示すように、その端面が金属層の表面に対して垂直な面には形成されず、また金属層の表面には比較的広い範囲にレジスト残渣が確認された。そして、これらのＳＥＭ像から明らかなように、本発明の方法によれば、レジストパターン２４５を極めて良好に形成することができる。
【００３０】
なお、レジスト膜２４０の現像に用いる現像液は、特に限定されるものではない。本発明ではレジストとしてアルカリ可溶性樹脂を含有するものを用いているため、シンナー系の溶剤等を含む薬液を用いる必要はなく、例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等の比較的環境に優しい薬液を現像液として用いることができる。
【００３１】
次いで、図６（ｂ）に示すように、このレジストパターン２４５を介して金属層２１２をウェットエッチングすることにより金属層２１２を所定形状にパターニングする（パターニング工程）。すなわち、下地層２１３に対向する領域以外の金属層２１２をウェットエッチングにより除去する。その後、レジストパターン２４５をアッシング等により除去することにより、下地層２１３及び金属層２１２からなる駆動配線２１１で構成される駆動配線パターン２１０が形成される（図３参照）。
【００３２】
そして、このようなパターニング工程では、金属層２１２は、その端面２１２ａが傾斜することなく保護基板３０の表面に対して略垂直となるように良好に形成される。これは、上述したようにレジスト膜２４０の端面２４０ａが保護基板３０の表面に対して略垂直に形成されているからである。また、露光後加熱工程を実施することでレジスト膜２４０と金属層２１２との密着性が向上しているため、金属層２１２をパターニングする際に、レジスト膜２４０の剥がれが生じることがない。このため、金属層２１２は、パターニング工程においてほとんどサイドエッチングされることはない。例えば、通常のエッチング（ジャストエッチ）時間に対して、１．５倍〜２倍程度までエッチング時間を延長した場合でも金属層２１２のパターン幅は一定に保たれる。したがって、エッチング時間の厳しい管理を必要とすることなく、金属層２１２を極めて高精度にパターニングすることができる。
【００３３】
このように金属層２１２の幅はレジストパターン２４５を構成するレジスト膜２４０の幅で決まることになる。したがって、各駆動配線２１１の幅を実質的に広くして電気抵抗を低下させることができ、また設計マージンが広くなるため駆動配線パターン２１０の高密度化を図ることもできる。また、レジストパターン２４５が極めて良好に形成されるため、金属層２１２のエッチング不良等の発生も抑えられるため、歩留まりが向上しコストの削減を図ることもできる。
【００３４】
また、このような本発明の方法によって形成された金属層２１２の端面２１２ａ、すなわち、駆動配線２１１の端面２１１ａは、上述したように保護基板３０の表面に対して略垂直な面で構成されるため、駆動配線２１１の形状不良に伴う異常リークを防止でき、例えば、断線等の不良の発生を防止できる。また、駆動配線２１１の端面２１１ａが略垂直に形成されており、いわゆるダレがないため、駆動ＩＣ２２０を確実に実装することができる。また、駆動配線パターン２１０が極めて良好に形成され、保護基板３０との密着性も良好であるため、その後の工程で、例えば、バックグラインダ等による研磨工程を実施する場合であっても、その際に駆動配線２１１の剥がれ等の問題が生じることもない。
【００３５】
さらに、本発明の方法では、金属層２１２をパターニングする前に下地層２１３をパターニングしており、また金属層２１２を極めて高精度にパターニングすることができるため、金属層２１２をパターニング後に、下地層２１３をさらにパターニングする必要はない。したがって、下地層２１３の材料の選択範囲が大幅に広がる。例えば、金属層をパターニング後に下地層をウェットエッチングによりパターニングする場合、金属層と下地層との間で生じる電食反応により下地層のサイドエッチングが進行しやすいという問題があり、下地層の材料の選択範囲は限られてしまう。しかしながら、本発明の方法によれば、下地層２１３のサイドエッチングの問題が生じることはないため、下地層２１３の材料の選択範囲が大幅に広がる。
【００３６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、レジスト膜を露光後に、露光後加熱工程を行う方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、前記露光工程の前に、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光前加熱工程（プレベーク工程）をさらに実施するようにしてもよい。このような露光前加熱工程を実施する場合にも、例えば、電磁誘導加熱によって下地層を加熱することにより、その熱によってレジスト膜を極めて良好に加熱処理することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッドの保護基板上に形成される駆動配線パターンを例示して本発明を説明したが、本発明は、例えば、半導体デバイス等、あらゆるデバイスが用いられる基板上に配線パターンを形成する際に採用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】記録ヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】一実施形態に係る駆動配線パターンを示す概略断面図である。
【図４】一実施形態に係る駆動配線パターンの形成工程を示す概略断面図である。
【図５】一実施形態に係る駆動配線パターンの形成工程を示す概略断面図である。
【図６】一実施形態に係る駆動配線パターンの形成工程を示す概略断面図である。
【図７】一実施形態に係るレジスト膜の端面の表面状態を示すＳＥＭ像である。
【図８】従来技術に係るレジスト膜の端面の表面状態を示すＳＥＭ像である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 流路形成基板、 ２０ ノズルプレート、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ２１０ 駆動配線パターン、 ２１１ 駆動配線、 ２１２ 金属層、 ２１３ 下地層、 ２２０ 駆動ＩＣ、 ２４０ レジスト膜、 ２４５ レジストパターン、 ２５０ マスク材、 ２６０ テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定幅の下地層と当該下地層の上に形成される金属層とからなる配線によって構成される配線パターンをフォトリソグラフィ法により基板上に形成する配線パターンの形成方法であって、
基板上に前記下地層を成膜すると共に当該下地層を所定形状にパターニングした後に、前記下地層が形成された前記基板上に前記金属層を成膜する成膜工程と、該金属層上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する塗布工程と、該レジスト膜を選択的に露光する露光工程と、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光後加熱工程と、前記レジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成する現像工程と、該レジストパターンを介して前記金属層をウェットエッチングすることにより当該金属層をパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする配線パターンの形成方法。
【請求項２】
前記露光工程の前に、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光前加熱工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項３】
前記下地層の加熱を電磁誘導加熱により行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項４】
前記下地層を前記金属層よりも比抵抗の高い材料で形成することを特徴とする請求項３に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項５】
前記下地層を卑金属を含む材料で形成し、且つ前記金属層を貴金属を含む材料で形成することを特徴とする請求項４に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項１】
所定幅の下地層と当該下地層の上に形成される金属層とからなる配線によって構成される配線パターンをフォトリソグラフィ法により基板上に形成する配線パターンの形成方法であって、
基板上に前記下地層を成膜すると共に当該下地層を所定形状にパターニングした後に、前記下地層が形成された前記基板上に前記金属層を成膜する成膜工程と、該金属層上にアルカリ可溶性樹脂を含有する化学増幅型のレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成する塗布工程と、該レジスト膜を選択的に露光する露光工程と、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光後加熱工程と、前記レジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成する現像工程と、該レジストパターンを介して前記金属層をウェットエッチングすることにより当該金属層をパターニングするパターニング工程とを有することを特徴とする配線パターンの形成方法。
【請求項２】
前記露光工程の前に、前記下地層を加熱することで前記レジスト膜を加熱処理する露光前加熱工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項３】
前記下地層の加熱を電磁誘導加熱により行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項４】
前記下地層を前記金属層よりも比抵抗の高い材料で形成することを特徴とする請求項３に記載の配線パターンの形成方法。
【請求項５】
前記下地層を卑金属を含む材料で形成し、且つ前記金属層を貴金属を含む材料で形成することを特徴とする請求項４に記載の配線パターンの形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２５１０６３（Ｐ２００７−２５１０６３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７５４８６（Ｐ２００６−７５４８６）
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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