JP2004107723A - 薄膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を精度良く形成することができる薄膜の形成方法を提供すること。
【解決手段】凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を形成する方法であって、該基板の収納治具内に磁性板を収納する工程、収納された磁性板の上に、該基板を載置する工程、基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させる工程、及び 該収納治具を裏面から冷却しながら、該基板の薄膜形成領域に蒸着により薄膜を形成する工程、を含むことを特徴とする上記方法。
【選択図】 図１
【解決手段】凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を形成する方法であって、該基板の収納治具内に磁性板を収納する工程、収納された磁性板の上に、該基板を載置する工程、基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させる工程、及び 該収納治具を裏面から冷却しながら、該基板の薄膜形成領域に蒸着により薄膜を形成する工程、を含むことを特徴とする上記方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の形成方法に関し、特にポリマー光導波路基板のような基板上の任意の領域に電極、はんだ等の薄膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリマー光導波路基板のような基板上の任意の領域に電極、はんだ等の薄膜を形成する方法としては、ホトレジストを予め反転パターンで作製し、次いでこのパターンをマスクとして蒸着した後、ホトレジストを溶剤等により剥離する方法が採用されている。しかし、この方法では溶剤によるホトレジスト剥離の際にポリマー層にクラックを生じ、歩留りが低下するという問題がある。
このため、ホトレジストに代えてメタルマスクを使用して蒸着する方法も行われている。しかし、メタルマスクを用いた蒸着法では、図５、特に図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、基板１に凸部（例えば、光導波路）が存在すると、メタルマスク７と薄膜を形成したい凹部３（例えば、電極）との間にギャップができ、形成された薄膜４（例えば、はんだ）ににじみが発生し、薄膜４の平面形状の精度が劣るという問題がある。また、蒸着時の熱輻射により、メタルマスク７及び基板１の温度が上昇し、両者の熱膨張率の差により位置ずれを生じ、薄膜４の形成位置に狂いが生じるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を精度良く形成することができる薄膜の形成方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を形成する方法であって、
該基板の収納治具内に磁性板を収納する工程、
収納された磁性板の上に、該基板を載置する工程、
基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させる工程、及び
該収納治具を裏面から冷却しながら、該基板の薄膜形成領域に蒸着により薄膜を形成する工程、
を含むことを特徴とする上記方法を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法の一実施態様を模式的に説明する図面である。
図１（ａ）は、基板１（例えば、シリコン基板）上に凸部２（例えば、ポリマー光導波路）及び電極３を設けたものを示している。この実施態様では、凹部に形成された電極３の上に、はんだの薄膜４を形成している。
図１（ｂ）に示すように、基板の収納治具５に磁性板６を収納し、次に凸部２と電極３を有する基板１をこの磁性板６の上に載置する。さらに、基板１の凸部２に追従する凹部を有し、基板１の薄膜４形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスク７を該基板１に密着させる。さらに、押えネジ８により、メタルマスク７、基板１、及び磁性板６を収納治具５に固定することが好ましい。
【０００６】
図１（ｃ）に示すように、押えネジ８により、メタルマスク７、基板１、及び磁性板６を収納治具５に固定したものを蒸着装置の基板ホルダ９に固定する。ホルダ９の裏面に冷却板１０を取り付け、冷却板１０を冷媒管１１により、冷却する。冷却板１０の温度が８０℃以下となるように冷媒（例えば、水）の温度及び流量を制御することが望ましい。
冷却板１０により基板１を冷却しながら、蒸着源１２から所望の薄膜形成材料を蒸発させ、メタルマスク７の開口部領域に露出した基板１の薄膜形成領域に薄膜４を蒸着する（図１（ｅ））。
蒸着終了後、収納治具５を蒸着装置から取り出し、押えネジ８をゆるめてメタルマスク７を取り外し（図１（ｆ））、基板１の電極３上に所望の薄膜４が形成された基板１を得る（図２（ａ））。
【０００７】
図３は本発明方法の他の実施態様を示すものであり、この実施態様では、基板１（例えば、シリコン基板）の表面に直接製膜材料（例えば、Ｃｒ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等）を蒸着している。
図４は本発明方法のさらに他の実施態様に使用する、メタルマスク７の形状を示す。このようなメタルマスク７は、例えば、メタル板の両面にレジストを形成し、所定のパターンに露光、現像し、次に酸を用いて、メタルを途中までエッチングすることにより作成できる。このようなメタルマスクは凸部に合うように凹部が対応するので位置合わせし易い、メタル開口部のメタル厚みが薄いため、蒸着のシャドーイングが少なく、パターン精度に優れるという利点を有する。
【０００８】
本発明において、基板材料としては、表面に蒸着薄膜が形成し得るものであれば特に制限はなく、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料が挙げられる。更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板材料表面に、二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成したものも挙げられる。
本発明方法を適用し得る基板としては、上記基板材料表面に、光導波路を設けたもの、及びさらに、光合波器、光分波路、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものが挙げられる。上記の基板材料表面に、発光ダイオード、フォトダイオード等の半導体装置や金属膜を形成したものも挙げられる。
【０００９】
蒸着源は、目的に合わせて選択されるが、代表的なものとしては金、クロム、アルミニウム、チタン、これらの合金、例えば、金−錫合金、等が挙げられる。
これらの蒸着源は、抵抗加熱や電子ビーム等により加熱され、蒸発し基体表面に蒸着薄膜を形成する。
【００１０】
以下実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
実施例
次に示すようにして、図１（ａ）に示す構造の光導波路基板を作製した。
直径約１２．７ｃｍ、厚さ約１ｍｍのシリコンウエハの上に、金属膜（Ｃｒ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を成膜してパターニングすることにより、図１の電極３を多数配列して形成した。
次に、ウエハ状の基板１の全体に、トリブトキシアセチルアセトネートジルコニウムの１質量％ブタノール溶液を５０〜１５０Å厚となるようにスピンコートし、得られた塗膜を１６０°Ｃで５分程度加熱して乾燥させ、有機ジルコニウム化合物層を形成した。
【００１１】
次に、有機ジルコニウム化合物層の上に、フッ素を含まない樹脂層形成用組成物をスピンコートし、得られた塗膜を加熱して溶媒を蒸発させ、さらに加熱して硬化させることにより、フッ素を含まない第１のポリイミド樹脂層（厚さ約０．２３μｍ）を形成した。
次に、ウエハ状の基板１の上面のうち、完成後の光導波路基板で光導波路積層体が配置されていない領域となる部分について、フッ素を含まない樹脂層と、有機ジルコニウム化合物層を除去した。まず、ウエハ状の基板１の全面にレジスト膜を形成し、水銀ランプでホトマスク像を露光し、次いで現像し、レジスト膜、フッ素を含まない樹脂層をウエットエッチングにより除去した。次に、フッ酸を用いたウエットエッチングにより、有機ジルコニウム化合物層を除去した。
【００１２】
このように処理した基板１上に、第２のポリイミド樹脂膜からなる下部クラッド（膜厚約６μｍ）、第３のポリイミド樹脂膜からなるコア（膜厚約６．５μｍ）、及び第２のポリイミド樹脂膜からなる上部クラッド（膜厚は、コアの直上で約１０μｍ、他の部分で約１５μｍ）、第４のポリイミド樹脂膜からなる保護層（膜厚は、コアから離れた端部で約５μｍ）を設けた。
さらに光導波路を形成した領域と電極３を形成した領域の境界に切り込みを入れ、電極３形成領域上に形成されたポリマー層を剥離し、電極３形成領域を露出させ、図１（ａ）に示す構造の光導波路基板１を作製した。
【００１３】
収納治具５に磁性板６（アルンコ製、直径１２．５ｃｍ、厚さ５ｍｍ）を収納し、この上に上記光導波路基板１を重ね、さらにこの上にメタルマスク７を重ねた。メタルマスク７は、ＳＵＳ（又は４２アロイ）製、直径１３．０ｃｍ、フォトエッチング法により作成したものである。
【００１４】
メタルマスク７を押えネジ８により収納治具５に固定し、これを蒸着装置の基板ホルダ９に収納し、基板ホルダ９の裏面にＳＵＳ製の冷却板１０（直径４０ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ）を取り付けた。冷媒管１１に１７℃の水を３Ｌ／分程度流しながら、真空蒸着室中で蒸着源１２からはんだ材料（Ａｕ／Ｓｎ質量比＝７２：２８）を２８０℃以上に加熱して蒸発させ、電極３の上に厚さ２μｍの蒸着膜を形成した。
図２に示すように、はんだ材料４は電極３の表面にのみ蒸着し、電極３の領域外に蒸着することは全くなかった。また、はんだの周辺部ににじみの発生は全く認められなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明方法では、凹凸を有する基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させ、基板を冷却しながら蒸着を行うため、蒸着膜周辺ににじみが発生することがなく、しかも、位置ずれを生じることなく、精度良く蒸着膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の一実施態様を示す模式的な説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例により作製された、電極上にはんだ薄膜を有する基板１の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大平面図である。
【図３】本発明方法の他の実施態様により作製された基板１の断面図である。
【図４】本発明方法の他の実施態様に使用するメタルマスク７の形状を示す断面図である。
【図５】従来のメタルマスク蒸着法の概要を示す模式的な図面であり、（ａ）は収納治具で固定した基板をホルダに取り付けて蒸着したものの断面図、（ｂ）は（ａ）の基板の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部拡大図、（ｄ）は（ｃ）の平面図である。
【符号の説明】
１：基板、２：凸部、３：電極、４：蒸着薄膜、５：収納治具、６：磁性板、７：メタルマスク、８：押えネジ、９：基板ホルダ、１０：冷却板、１１：冷媒管、１２：蒸着源。
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の形成方法に関し、特にポリマー光導波路基板のような基板上の任意の領域に電極、はんだ等の薄膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリマー光導波路基板のような基板上の任意の領域に電極、はんだ等の薄膜を形成する方法としては、ホトレジストを予め反転パターンで作製し、次いでこのパターンをマスクとして蒸着した後、ホトレジストを溶剤等により剥離する方法が採用されている。しかし、この方法では溶剤によるホトレジスト剥離の際にポリマー層にクラックを生じ、歩留りが低下するという問題がある。
このため、ホトレジストに代えてメタルマスクを使用して蒸着する方法も行われている。しかし、メタルマスクを用いた蒸着法では、図５、特に図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、基板１に凸部（例えば、光導波路）が存在すると、メタルマスク７と薄膜を形成したい凹部３（例えば、電極）との間にギャップができ、形成された薄膜４（例えば、はんだ）ににじみが発生し、薄膜４の平面形状の精度が劣るという問題がある。また、蒸着時の熱輻射により、メタルマスク７及び基板１の温度が上昇し、両者の熱膨張率の差により位置ずれを生じ、薄膜４の形成位置に狂いが生じるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を精度良く形成することができる薄膜の形成方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を形成する方法であって、
該基板の収納治具内に磁性板を収納する工程、
収納された磁性板の上に、該基板を載置する工程、
基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させる工程、及び
該収納治具を裏面から冷却しながら、該基板の薄膜形成領域に蒸着により薄膜を形成する工程、
を含むことを特徴とする上記方法を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法の一実施態様を模式的に説明する図面である。
図１（ａ）は、基板１（例えば、シリコン基板）上に凸部２（例えば、ポリマー光導波路）及び電極３を設けたものを示している。この実施態様では、凹部に形成された電極３の上に、はんだの薄膜４を形成している。
図１（ｂ）に示すように、基板の収納治具５に磁性板６を収納し、次に凸部２と電極３を有する基板１をこの磁性板６の上に載置する。さらに、基板１の凸部２に追従する凹部を有し、基板１の薄膜４形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスク７を該基板１に密着させる。さらに、押えネジ８により、メタルマスク７、基板１、及び磁性板６を収納治具５に固定することが好ましい。
【０００６】
図１（ｃ）に示すように、押えネジ８により、メタルマスク７、基板１、及び磁性板６を収納治具５に固定したものを蒸着装置の基板ホルダ９に固定する。ホルダ９の裏面に冷却板１０を取り付け、冷却板１０を冷媒管１１により、冷却する。冷却板１０の温度が８０℃以下となるように冷媒（例えば、水）の温度及び流量を制御することが望ましい。
冷却板１０により基板１を冷却しながら、蒸着源１２から所望の薄膜形成材料を蒸発させ、メタルマスク７の開口部領域に露出した基板１の薄膜形成領域に薄膜４を蒸着する（図１（ｅ））。
蒸着終了後、収納治具５を蒸着装置から取り出し、押えネジ８をゆるめてメタルマスク７を取り外し（図１（ｆ））、基板１の電極３上に所望の薄膜４が形成された基板１を得る（図２（ａ））。
【０００７】
図３は本発明方法の他の実施態様を示すものであり、この実施態様では、基板１（例えば、シリコン基板）の表面に直接製膜材料（例えば、Ｃｒ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等）を蒸着している。
図４は本発明方法のさらに他の実施態様に使用する、メタルマスク７の形状を示す。このようなメタルマスク７は、例えば、メタル板の両面にレジストを形成し、所定のパターンに露光、現像し、次に酸を用いて、メタルを途中までエッチングすることにより作成できる。このようなメタルマスクは凸部に合うように凹部が対応するので位置合わせし易い、メタル開口部のメタル厚みが薄いため、蒸着のシャドーイングが少なく、パターン精度に優れるという利点を有する。
【０００８】
本発明において、基板材料としては、表面に蒸着薄膜が形成し得るものであれば特に制限はなく、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料が挙げられる。更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板材料表面に、二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成したものも挙げられる。
本発明方法を適用し得る基板としては、上記基板材料表面に、光導波路を設けたもの、及びさらに、光合波器、光分波路、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものが挙げられる。上記の基板材料表面に、発光ダイオード、フォトダイオード等の半導体装置や金属膜を形成したものも挙げられる。
【０００９】
蒸着源は、目的に合わせて選択されるが、代表的なものとしては金、クロム、アルミニウム、チタン、これらの合金、例えば、金−錫合金、等が挙げられる。
これらの蒸着源は、抵抗加熱や電子ビーム等により加熱され、蒸発し基体表面に蒸着薄膜を形成する。
【００１０】
以下実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
実施例
次に示すようにして、図１（ａ）に示す構造の光導波路基板を作製した。
直径約１２．７ｃｍ、厚さ約１ｍｍのシリコンウエハの上に、金属膜（Ｃｒ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を成膜してパターニングすることにより、図１の電極３を多数配列して形成した。
次に、ウエハ状の基板１の全体に、トリブトキシアセチルアセトネートジルコニウムの１質量％ブタノール溶液を５０〜１５０Å厚となるようにスピンコートし、得られた塗膜を１６０°Ｃで５分程度加熱して乾燥させ、有機ジルコニウム化合物層を形成した。
【００１１】
次に、有機ジルコニウム化合物層の上に、フッ素を含まない樹脂層形成用組成物をスピンコートし、得られた塗膜を加熱して溶媒を蒸発させ、さらに加熱して硬化させることにより、フッ素を含まない第１のポリイミド樹脂層（厚さ約０．２３μｍ）を形成した。
次に、ウエハ状の基板１の上面のうち、完成後の光導波路基板で光導波路積層体が配置されていない領域となる部分について、フッ素を含まない樹脂層と、有機ジルコニウム化合物層を除去した。まず、ウエハ状の基板１の全面にレジスト膜を形成し、水銀ランプでホトマスク像を露光し、次いで現像し、レジスト膜、フッ素を含まない樹脂層をウエットエッチングにより除去した。次に、フッ酸を用いたウエットエッチングにより、有機ジルコニウム化合物層を除去した。
【００１２】
このように処理した基板１上に、第２のポリイミド樹脂膜からなる下部クラッド（膜厚約６μｍ）、第３のポリイミド樹脂膜からなるコア（膜厚約６．５μｍ）、及び第２のポリイミド樹脂膜からなる上部クラッド（膜厚は、コアの直上で約１０μｍ、他の部分で約１５μｍ）、第４のポリイミド樹脂膜からなる保護層（膜厚は、コアから離れた端部で約５μｍ）を設けた。
さらに光導波路を形成した領域と電極３を形成した領域の境界に切り込みを入れ、電極３形成領域上に形成されたポリマー層を剥離し、電極３形成領域を露出させ、図１（ａ）に示す構造の光導波路基板１を作製した。
【００１３】
収納治具５に磁性板６（アルンコ製、直径１２．５ｃｍ、厚さ５ｍｍ）を収納し、この上に上記光導波路基板１を重ね、さらにこの上にメタルマスク７を重ねた。メタルマスク７は、ＳＵＳ（又は４２アロイ）製、直径１３．０ｃｍ、フォトエッチング法により作成したものである。
【００１４】
メタルマスク７を押えネジ８により収納治具５に固定し、これを蒸着装置の基板ホルダ９に収納し、基板ホルダ９の裏面にＳＵＳ製の冷却板１０（直径４０ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ）を取り付けた。冷媒管１１に１７℃の水を３Ｌ／分程度流しながら、真空蒸着室中で蒸着源１２からはんだ材料（Ａｕ／Ｓｎ質量比＝７２：２８）を２８０℃以上に加熱して蒸発させ、電極３の上に厚さ２μｍの蒸着膜を形成した。
図２に示すように、はんだ材料４は電極３の表面にのみ蒸着し、電極３の領域外に蒸着することは全くなかった。また、はんだの周辺部ににじみの発生は全く認められなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明方法では、凹凸を有する基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させ、基板を冷却しながら蒸着を行うため、蒸着膜周辺ににじみが発生することがなく、しかも、位置ずれを生じることなく、精度良く蒸着膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の一実施態様を示す模式的な説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例により作製された、電極上にはんだ薄膜を有する基板１の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大平面図である。
【図３】本発明方法の他の実施態様により作製された基板１の断面図である。
【図４】本発明方法の他の実施態様に使用するメタルマスク７の形状を示す断面図である。
【図５】従来のメタルマスク蒸着法の概要を示す模式的な図面であり、（ａ）は収納治具で固定した基板をホルダに取り付けて蒸着したものの断面図、（ｂ）は（ａ）の基板の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部拡大図、（ｄ）は（ｃ）の平面図である。
【符号の説明】
１：基板、２：凸部、３：電極、４：蒸着薄膜、５：収納治具、６：磁性板、７：メタルマスク、８：押えネジ、９：基板ホルダ、１０：冷却板、１１：冷媒管、１２：蒸着源。
Claims (6)
- 凹凸を有する基板の凹部に蒸着により薄膜を形成する方法であって、
該基板の収納治具内に磁性板を収納する工程、
収納された磁性板の上に、該基板を載置する工程、
基板の凸部に追従する凹部を有し、基板の薄膜形成領域に対応する領域が開口しているメタルマスクを該基板に密着させる工程、及び
該収納治具を裏面から冷却しながら、該基板の薄膜形成領域に蒸着により薄膜を形成する工程、
を含むことを特徴とする上記方法。 - メタルマスクを収納治具に押えネジにより固定する工程をさらに含む請求項１記載の方法。
- 基板がポリマー光導波路基板である請求項１又は２記載の方法。
- 薄膜が電極である請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
- 基板の薄膜形成領域に電極が形成されている請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
- 薄膜がはんだである請求項５記載の方法。
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