專利名稱：光掩模設備、光掩模制造方法和掩模圖案形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種形成光掩模的技術。
背景技術：
常規(guī)地，當在工件(例如軸、軸承等)的表面形成圖案(例如人字形凹槽等)時，一種方法是形成具有與該圖案形狀一致的電極，并通過電解加工或者放電加工等來轉印(transfer)所述電極。
為了工作流體的流動，這種方法需要在電極和工件之間提供一個間隙，此外，工件不被遮蔽，所以設定最佳的電解條件或者放電條件成了一項困難的任務。而且，電極會磨損。
作為一個解決方案，日本專利申請?zhí)亻_No.H5-191015公開了一種技術，該技術在工件表面形成不透光層和感光樹脂的涂層，并使用掩模對涂層曝光，并顯影和去除沒有曝光的部分。
日本專利申請?zhí)亻_No.S63-144888公開了一種有效地在大范圍內提高感光樹脂等的溫度的技術，激光或多棱鏡等被用來實現(xiàn)這個效果。
日本專利申請?zhí)亻_No.S56-41639公開了一種技術，該技術使用彈性材料以使掩模和感光樹脂等之間進行緊密的、封閉的結合。通過這種結構，可以很容易地進行曝光。
然而，常規(guī)工藝在形成掩模圖案方面的效率是很低的。
具體地，因為掩模固定于支撐部分，所以不能很容易地更換它。如果工件具有多個表面，并且表面具有不同的形狀，那么更換掩模將花費很長時間，大大增加了進行更換工作的操作人員的負擔。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的至少是解決常規(guī)技術中的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光掩模設備，其用于在工件的表面形成圖案。該光掩模設備包括抗蝕劑淀積單元，在工件的一部分上淀積抗蝕劑；曝光單元，其通過曝光具有圖案的掩模來轉印所述掩模上的所述圖案，所述掩模被來自具有連接器的導光纜線的光曝光；顯影單元，用來顯影具有所述圖案的抗蝕劑；蝕刻單元，通過蝕刻在所述工件的表面上形成所述圖案。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光掩模制造方法，在具有與工件相同形狀的掩模上形成不透光層和抗蝕劑，并曝光正負顛倒的圖案；顯影所述抗蝕劑；通過蝕刻形成一個主掩模，在所述主掩模上形成所述正負顛倒的圖案；在用于對工件進行構圖的掩模上形成不透光層和抗蝕劑，并把所述主掩模與其裝配在一起，并從所述主掩模側進行曝光；對所述抗蝕劑進行顯影；以及通過蝕刻在所述用于進行構圖的所述掩模上形成圖案。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種掩模圖案形成方法，其在工件表面上形成圖案。所述方法包括在所述工件的一部分上淀積抗蝕劑；通過曝光具有圖案的掩模來轉印所述掩模上的所述圖案，所述掩模被來自具有連接器的導光纜線的光曝光；對帶有所述圖案的抗蝕劑進行顯影；通過蝕刻在所述工件的所述表面上形成圖案。
在以下對本發(fā)明的詳細描述中，本發(fā)明的其他的目的、特征和優(yōu)點將被具體闡明，或在結合附圖閱讀該詳細描述時而變得明顯。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例的光掩模設備的示意圖；圖2是光掩模設備在工件上形成掩模圖案的工序過程的流程圖；圖3是用于解釋掩模更換的示意圖；圖4是用于解釋掩模更換的另一個示意圖；圖5是掩模的一個末端部分提供了光反射層的情況的示意圖；圖6是掩模的兩端連接有導光纜線的情況的示意圖；圖7是在掩模的外表面形成曝光圖案的工序過程的流程圖；
圖8是用于解釋圖7所示工序過程的示意圖；圖9是通過三維地掃描激光而在掩模的外表面形成曝光圖案的工序過程的流程圖；圖10是通過剝離掩模表面的不透光層在掩模的外表面形成曝光圖案的工序過程的流程圖；圖11是在掩模內表面形成曝光圖案的工序過程的流程圖；以及圖12是用于解釋圖11所示工序過程的示意圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的光掩模設備、光掩模制造方法和掩模圖案形成方法的示例性實施例。
將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行解釋。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光掩模設備100的示意圖。光掩模設備100包括支撐單元3和連接器2。掩模1可拆卸地安裝到連接器2上，連接器2被固定在支撐單元3上。結果，可以很容易地更換掩模1。
掩模1例如是管狀的或柱形的，并且在其外表面上形成有預定的掩模圖案。具有高透明度的玻璃、石英和樹脂材料等可以用作掩模1的材料。樹脂材料可以是諸如丙烯(acryl)、聚碳酸酯、聚酯(polyethylene)、聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)等。
掩模1被連接到由柔性光纖等構造的導光纜線4上。通過使用柔性導光纜線4，工作布局(work layout)的靈活性增加，提高了可使用性。
導光纜線4與曝光源(例如UV光源，未示出)連接。由曝光源發(fā)出的UV光通過導光纜線4到達掩模1，并可以在抗蝕劑6上曝光掩模圖案。抗蝕劑6是感光抗蝕劑，它被涂在工件5的內部和側表面。
下面將描述光掩模設備100在工件5上形成掩模圖案的加工工藝。圖2是光掩模設備100在工件5上形成掩模圖案的工藝的流程圖。
如圖2所示，抗蝕劑被涂在工件5上(S101)。在工件5表面上的要形成掩模圖案的地方涂覆抗蝕劑。具體地，滴下少量的溶液(該溶液通過將抗蝕劑濃縮物稀釋到溶劑中而形成)，去除多余的溶液部分，就涂覆了抗蝕劑6。
涂覆抗蝕劑的方法的示例有浸入法(dipping method)；使用流動、旋涂、噴濺的方法；電極淀積方法等。在浸入法中，物體被浸入到抗蝕劑溶液中。
隨后，所涂覆的抗蝕劑被預烘干(步驟S102)。預烘干將抗蝕劑的溫度升高到預定的溫度，以便例如蒸發(fā)在步驟S101所涂覆的抗蝕劑中的溶液。
掩模1被插入到工件5中(步驟S103)，并進行曝光(步驟S104)。具體地，在步驟S103中插入工件5中的掩模1的掩模圖案在所涂覆的抗蝕劑上曝光。
然后從工件5的內部拿出掩模1(步驟S105)，并進行顯影(步驟S106)。這是對被曝光狀態(tài)下的圖1的抗蝕劑6進行的顯影(例如，通過碳酸鈉溶液等顯影)，以便將掩模圖案轉印到抗蝕劑上。
然后執(zhí)行后烘干(步驟S107)。將溫度升高到預定的溫度，以便去除在抗蝕劑6中的溶劑和水分，并使其與工件5的聯(lián)系更緊密。
然后進行蝕刻(步驟S108)。通過在沒有抗蝕劑的部分蝕刻(例如通過氯化亞鐵(iron(II)chloride)等的蝕刻)形成了預定深度的圖案。
化學蝕刻(例如干法蝕刻或濕法蝕刻)或電解蝕刻等可用作蝕刻的方法。等離子蝕刻可被作為干法蝕刻。氯化亞鐵、磷酸等可作為濕法蝕刻的溶液。氯化鈉、硝酸鈉等可作為電解蝕刻的溶液。
然后去除抗蝕劑(步驟S109)。被固化的抗蝕劑通過剝離液(peelingliquid，例如氫氧化鈉溶液、有機溶劑等)被去除。
抗蝕劑6被涂覆在工件5的要形成掩模圖案的部位上，掩模1被插入工件5，并且進行曝光、顯影、蝕刻和抗蝕劑去除。因此，可以快速形成掩模圖案。
因為可以很方便地通過連接器2更換掩模1，所以掩模1可以與任意形狀的工件的表面安裝在一起，因而能夠提高工作效率。
更換掩模的例子如圖3和圖4所示。如圖3所示，即便工件7的內表面是圓錐形，通過將掩模1更換為具有同樣圓錐形狀的掩模10，也可以很容易地在工件7的內表面形成掩模圖案。
如圖4所示，當要在工件8的外表面上形成掩模圖案時，掩模1被掩模20替代，在掩模20的內部具有與工件8同樣形狀的孔，并且掩模20可被安裝在工件8的外部。通過將掩模20安裝在工件8的外部，可在柱形工件8的外表面形成掩模圖案?？刮g劑被涂在工件7的內表面和工件8的外表面(省略了對其的解釋)。
如圖5所示，在光掩模設備100中，可在掩模1的端部提供光反射層9等(例如反射鏡等)。通過在掩模1的端部提供光反射層9，可以改善由于在掩模1的端部漏光而造成的曝光不均。此外，同樣可以通過在掩模10和20的端部提供光反射層來改進曝光不均(省略其解釋)。
在光掩模設備100中，可以通過連接器2在掩模1的兩端連接導光纜線11(如圖6所示)。通過將導光纜線11連接到掩模1的兩端，并使光從掩模1的兩端入射，可以使曝光量一致，并且可以在工件5的內表面精確地形成掩模圖案?？梢酝瑯拥卦谘谀?0和掩模20的兩端連接導光纜線11。
下面說明在用于加工的掩模的外表面形成曝光圖案的方法。圖7是在用于加工的掩模的外表面上形成曝光圖案的工藝流程圖。圖8的圖用于補充圖7的流程圖。
如圖7所示，形成形狀與工件(例如圖1所示工件5)內表面形狀一致的掩模。在所述表面上提供不透光層，即通過淀積、鍍等方式形成的鉻(步驟S201)，在掩模的外表面上涂覆抗蝕劑(步驟S202)，并進行預烘干(步驟S203)。
在掩模的周圍環(huán)繞曝光圖案薄膜(exposure pattern film)(步驟S204)，然后進行曝光(步驟S205)、顯影(步驟S206)和后烘干(步驟S207)。
進行蝕刻(步驟S208)，剝離抗蝕劑(步驟S209)，并且在掩模的表面形成負/正顛倒的圖案(步驟S210)。
在圖7中，通過使用曝光圖案薄膜進行光刻從而在掩模的表面形成圖案。然而，本發(fā)明不限于此。例如，取代曝光圖案薄膜，可以三維地掃描激光，從而直接在抗蝕劑層上曝光預定圖案。
圖9是通過三維地掃描激光在用于加工的掩模的外表面形成曝光圖案的工藝流程圖。如圖9所示，形成形狀與工件(例如圖1所示工件5)內表面的形狀一致的掩模。在該表面上提供不透光層，即通過淀積或鍍等方式形成的鉻(步驟S301)，在掩模的表面涂覆抗蝕劑(步驟S302)，并進行預烘干(步驟S303)。
通過三維地掃描激光進行曝光(步驟S304)，然后進行顯影(步驟S305)和后烘干(步驟S306)。
進行蝕刻(步驟S307)，剝落抗蝕劑(步驟S308)，并且在掩模的表面形成負/正顛倒的圖案(步驟S309)。
可以通過三維地掃描激光并剝離掩模表面的不透光層從而直接在用于加工的掩模上畫出負/正顛倒的圖案。圖10是通過剝離掩模表面的不透光層，在用于加工的掩模的外表面上形成曝光圖案的工藝流程圖。
如圖10所示，形成與工件(例如，如圖1所示的工件5)內表面形狀一致的掩模。在該表面上提供不透光層，即通過淀積、鍍等方式形成的鉻(步驟S401)，通過三維地掃描激光剝離不透光層(步驟S402)，并在掩模的表面上直接畫出負/正顛倒的圖案(步驟S403)。
下面將描述在用于加工的掩模的內表面形成曝光圖案的方法。圖11是在用于加工的掩模的內表面上形成曝光圖案的工藝流程圖。圖12的圖用于補充圖11的流程圖。
如圖11所示，形成與工件(例如圖4所示的工件8)形狀一致的主掩模。在其表面上形成不透光層，即通過淀積、鍍等方式形成的鉻(步驟S501)，在主掩模的表面上涂覆抗蝕劑(步驟S502)，并進行預烘干(步驟S503)。
在主掩模周圍環(huán)繞曝光圖案薄膜(步驟504)，然后進行曝光(步驟S505)、顯影(步驟S506)和后烘干(步驟S507)。
進行蝕刻(步驟S508)，剝落抗蝕劑(步驟S509)，從而在主掩模的表面上形成負/正顛倒的圖案(步驟S510)。
在用于加工的掩模上提供不透光層，即通過淀積、鍍等方式形成的鉻(步驟S511)，涂覆抗蝕劑(步驟S512)，并執(zhí)行預烘干(步驟S513)。主掩模與所述用于加工的掩模被裝配在一起(步驟S514)，然后進行曝光(步驟S515)、顯影(步驟S516)和后烘干(步驟S517)。
進行蝕刻(步驟S518)，剝落抗蝕劑(步驟S519)，從而在用于加工的掩模的內表面上形成掩模圖案(步驟S520)。
表面形成有正負顛倒的圖案的掩模被用作主掩模。因此，很容易制造用于加工的掩模，即內表面具有圖案的掩模，用于在工件的表面上進行蝕刻。
在圖11中，使用曝光圖案薄膜通過光蝕刻在主掩模表面上形成圖案。然而，本發(fā)明不限于此。例如，如圖9所示，可以使用三維掃描激光代替曝光圖案薄膜直接在抗蝕劑層上曝光預定圖案。此外，如圖10所示，可以通過三維地掃描激光且剝除主掩模表面上的鉻層從而直接畫出負/正顛倒的圖案。
如上所述，在本實施例中，可以通過在工件表面形成不透光層和抗蝕劑，并進行曝光、顯影和蝕刻來形成掩模圖案。此外，由于可以通過連接器方便地將該掩模更換為任意形狀的掩模，因而可以提高工作效率。此外，因為使用了柔性導光纜線，可以提高工作布局的靈活性。
根據(jù)本發(fā)明，抗蝕劑形成在工件的要形成圖案的部分上，使用通過連接器與導光纜線連接的掩模來進行曝光，掩模的圖案被轉印到抗蝕劑上，抗蝕劑被顯影，并且通過蝕刻在工件的表面上形成預定圖案。所以，可以容易地改變掩模，并且可以提高工作效率。
根據(jù)本發(fā)明，在掩模的兩端連接導光纜線，并且光從掩模的兩端入射。所以，可以使曝光量一致，并且可以在工件表面精確地形成掩模圖案。
根據(jù)本發(fā)明，在與工件形狀相同的掩模上形成抗蝕劑，在掩模上曝光正負顛倒的圖案，顯影抗蝕劑，通過蝕刻形成主掩模，在所述主掩模中在掩模上形成有正負顛倒的圖案，在用于加工的掩模上形成抗蝕劑，主掩模與之安裝在一起，從主掩模側進行曝光，抗蝕劑被顯影，并且通過蝕刻在用于加工的掩模上形成圖案。所以，可以很容易地形成用于在工件的外表面形成圖案的掩模。
盡管為了完整而清楚地公開，本發(fā)明是參照其特定的優(yōu)選實施例說明的，但所附權利要求并不因此受限，而應理解為覆蓋了落入本文所闡述的基本教導的本領域技術人員所能想到的所有修改和變化。
權利要求
1.一種在工件表面形成圖案的光掩模設備，包括抗蝕劑淀積單元，在所述工件的一部分上淀積抗蝕劑；曝光單元，通過曝光帶有圖案的掩模來轉印所述掩模上的圖案，所述掩模被來自帶有連接器的導光纜線的光曝光；顯影單元，對帶有所述圖案的所述抗蝕劑進行顯影；和蝕刻單元，通過蝕刻在所述工件的所述表面上形成所述圖案。
2.根據(jù)權利要求1所述的光掩模設備，其中所述掩模的一個端部配有光反射層。
3.根據(jù)權利要求1所述的光掩模設備，其中所述掩模的兩端分別與導光纜線相連接，并且所述掩模被來自所述導光纜線的光照射。
4.根據(jù)權利要求1所述的光掩模設備，其中所述掩模與所述工件的內部或外部裝配在一起。
5.一種光掩模制造方法，包括在具有與工件相同形狀的掩模上形成不透光層和抗蝕劑，并且曝光一正負顛倒的圖案；顯影所述抗蝕劑，并通過蝕刻，在所述掩模上形成主掩模，在所述主掩模中，形成有所述正負顛倒的圖案；在用于對所述工件進行構圖的掩模上，形成不透光層和抗蝕劑，并且使之與所述主掩模裝配在一起，并且從所述主掩模側進行曝光；和顯影所述抗蝕劑，并通過蝕刻，在所述用于進行構圖的掩模上形成圖案。
6.一種在工件的表面形成圖案的掩模圖案形成方法，包括在所述工件的一部分上淀積抗蝕劑；通過曝光帶有圖案的掩模來轉印所述掩模上的所述圖案，所述掩模被來自帶有連接器的導光纜線的光曝光；對帶有所述圖案的所述抗蝕劑進行顯影；和通過蝕刻，在所述工件的所述表面上形成所述圖案。
全文摘要
光掩模設備、光掩模制造方法和掩模圖案形成方法。在掩模的表面涂覆不透光層和抗蝕劑。通過曝光、顯影和蝕刻，在所述掩模的表面上形成正/負顛倒的圖案。在工件的要形成圖案的部分上涂覆不透光層和抗蝕劑。使用可通過連接器進行更換的掩模來進行曝光。將掩模的圖案轉印到抗蝕劑上，并顯影所述抗蝕劑。在顯影所述抗蝕劑以后，通過蝕刻，在工件的表面上形成掩模圖案。
文檔編號G03F1/80GK1735319SQ20051000259
公開日2006年2月15日 申請日期2005年1月21日 優(yōu)先權日2004年8月11日
發(fā)明者上田正則, 松永治幸 申請人:富士通株式會社