JP2006199998A

JP2006199998A - 成膜装置、成膜方法

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Publication number: JP2006199998A
Application number: JP2005012401A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kanamaru; 真二金丸; Shinichi Yotsuya; 真一四谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US7976633B2; US20060160026A1; TW200704791A; KR100743945B1; CN1834282A; CN1834282B; KR20060084804A

Abstract

【課題】複雑な膜パターンを確実に得ることができる成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】シリコンからなり、所定パターンの第１開口部３１を有するマスク部材３と、磁性材料からなるとともに、第２開口部４１を有し、該第２開口部４１の平面視内側に前記第１開口部３１が配設されるように前記マスク部材３に対して位置合わせされてなる磁性部材４と、前記磁性部材４との間で、該磁性部材４側から前記マスク部材３と被成膜基板２をこの順で挟み込むとともに、該磁性部材４との間で磁力を生じるものとされ、該磁力により、前記マスク部材３と前記被成膜基板２とを密着させる基板挟持用部材１と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、大型の被成膜基板に対して所定の膜パターンを好適に形成できる成膜装置及び成膜方法に関するものである。

従来、回路配線形成には、フォトリソグラフィ技術とドライ又はウェットエッチング技術を用いて、基板上に配線を形成する技術が用いられている。しかしながら、フォトリソグラフィとエッチングの設備は非常に高価であり、巨額の投資が必要になる。また、工程も長く管理項目も多くなるため歩留りの観点や、管理コストの観点からもコスト増大の要因になっている。さらに加えて、大量のレジスト、現像液、レジスト剥離液、エッチング液（エッチングガス）を消費して製造されるため、これらの廃液（廃ガス）が及ぼす地球環境への影響も非常に大きい。また、基板に穴や溝が形成されている場合は、レジストの被覆が大変難しく、高精度なパターン形成ができない場合がある。このような問題の解決策として、特許文献１に開示されたようなマスクを用いた成膜技術が知られている。
特開平１０−４１０６９号公報

特許文献１では、マスクを強磁性材料で構成し、磁石で基板に密着させる方法が開示されているが、強磁性材料はシリコン材料ほど加工精度が良くないために、回路配線のような複雑な膜パターンを形成するためのマスクを構成することができない。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、複雑な膜パターンを確実に得ることができる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、シリコンからなり、所定パターンの第１開口部を有するマスク部材と、磁性材料からなるとともに、第２開口部を有し、該第２開口部の平面視内側に前記第１開口部が配設されるように前記マスク部材と位置合わせされてなる磁性部材と、前記磁性部材との間で、該磁性部材側から前記マスク部材と被成膜基板をこの順で挟み込むとともに、該磁性部材との間で磁力を生じるものとされ、該磁力により、前記マスク部材と前記被成膜基板とを密着させる基板挟持用部材と、を有することを特徴とする。

このような成膜装置によると、所定パターンの第１開口部を有したマスク部材と被成膜基板とを、磁性部材と基板挟持用部材とで挟み込み、且つ磁力吸引して密着させるものとしているため、挟まれたマスク部材と被成膜基板とにおいて、自重による撓みに起因する両者の浮き（隙間）発生を防止ないし抑制することが可能となる。また、特に加工の容易なシリコンからなるマスクにパターン化した開口部を形成しているため、金属材料では形成困難な複雑な開口部パターンを形成することが可能となる。

本発明の成膜装置において、前記磁性部材は、平面視枠形状を有してなるものとすることができる。この場合、前記基板挟持用部材との間で、前記マスク部材の外周部において該マスク部材と前記被成膜基板とを挟み込むものとすることができる。

また、前記磁性部材は、枠状部と、該枠状部の間に形成された梁部とを有してなるものとすることもできる。この場合、磁性部材において自重による撓み発生を効果的に防止ないし抑制することができ、また、前記基板挟持用部材との間で、外周部以外の梁部分においてマスク部材と被成膜基板とを挟み込むことができるため、マスク部材と被成膜基板の密着性が一層向上することとなる。

また、前記磁性部材は網目構造を有してなるものとすることもできる。このような網目構造を有する磁性部材によると、該網目部分においてマスク部材と被成膜基板の密着性を一層向上させつつ、網目状である故、成膜材料を確実に通過させることができるようになる。

本発明の成膜装置において、前記基板挟持用部材が永久磁石で構成されてなるものとすることができる。このような永久磁石の採用により、磁性部材との間でマスク部材と被成膜基板とを確実に密着させることが可能となる。

さらに、前記磁性部材には、前記マスク部材と対向する面と異なる面側に、シリコンからなる保護膜が形成されているものとすることができる。この場合、磁性部材に直接、成膜材料が付着しなくなるため磁性部材の再利用ができ、当該成膜装置の寿命が向上することとなる。

また、本発明の成膜装置において、前記マスク部材が、前記第１開口部と、前記第１開口部に挟まれた領域と前記第１開口部に挟まれた領域以外の領域とをつなぐマスク側梁部と、を有するものとすることができる。この場合、マスク側梁部により第１開口部に挟まれた領域と第１開口部に挟まれた領域以外の領域とを繋げて、複雑な形状の開口パターンを形成することができる。具体的に、閉じた開口パターンを形成することが可能となり、被成膜基板上に、分断することなく連続した形状の薄膜パターンを形成することができるようになる。本発明の成膜装置では、磁力によりマスク部材と被成膜基板の密着を高めているため、このような複雑な形状を有したマスクを採用した場合にも、所望の膜パターンを確実に形成することができるようになる。また、前記マスク側梁部が、該マスク側梁部以外の領域と比べて薄く形成されているものとすることができる。この場合、より斜めから入射する薄膜形成粒子も被成膜基板に付着させることができる。

なお、上記のようなマスク側梁部を有するマスク部材は、例えば以下のように作製することができる。つまり、マスク部材の製造工程（マスクの製造方法）として、第１開口部が形成されるシリコン基材のうち、該開口形成領域を複数に分割する梁部形成領域を除く領域に対してエッチング処理を施す第１工程と、開口形成領域の全てに対して前記第１工程と同一方向からエッチング処理を施す第２工程と、を有するものとすることができる。

この場合、第１開口部内に、基材の表面から所定の距離で離間しつつ、第１開口部の側壁同士を連結する梁部を有するマスク部材を簡便且つ確実に製造することができる。また、第１工程及び第２工程とは異なる方向から、基材に対してエッチング処理を施して、基材にパターン開口部を通設させる第３工程を更に有するものでは、マスク部材の厚みや強度を適切に調整することができる。また、第１工程及び第２工程におけるエッチング処理を異方性エッチングとすれば、梁部を含む開口部を確実に形成することができる。

次に、上記課題を解決するために、本発明の成膜方法は、シリコンからなり、所定パターンの第１開口部を有するマスク部材と、磁性材料からなるとともに、第２開口部を有し、該第２開口部の平面視内側に前記第１開口部が配設されるように前記マスク部材と位置合わせされてなる磁性部材とを有するマスクを用いた成膜方法であって、前記磁性部材との間で磁力を生じる基板挟持用部材により、該磁性部材側から前記マスク部材及び被成膜基板をこの順で挟み込みつつ、当該マスクを介して前記被成膜基板に成膜を行うことを特徴とする。

このような成膜方法によると、所定パターンの第１開口部を有したマスク部材と被成膜基板とを、磁性部材と基板挟持用部材とで挟み込み、且つ磁力吸引して密着させるものとしているため、挟まれたマスク部材と被成膜基板とにおいて、自重による撓みに起因する両者間の浮き（隙間）発生を防止ないし抑制することが可能となる。

以下、本発明の成膜装置と成膜方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１は、本発明の成膜装置の一実施の形態を示す断面模式図で、図２は、図１に示した成膜装置の分解斜視図である。
本実施の形態の成膜装置１００は、マスク本体部１０と、被成膜基板２をマスク本体部１０に密着させるためのシート状磁石（基板保持部材）１とから構成されており、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により、被成膜基板上に薄膜のパターンを形成するための装置である。

マスク本体部１０は、シリコンマスク（マスク部材）３と、メタル部材（磁性部材）４と、保護膜５とから構成されており、成膜材料を所定のパターンに沿って通過可能なように構成されている。
シリコンマスク３は、厚さ４００μｍの鏡面のシリコン基板から構成され、複数の開口部３１を有している。該複数の開口部３１は、形成する膜パターン（平面パターン）に対応して、該膜パターンに倣った配列及び形状の開口パターンを有している。

また、メタル部材４は、厚さ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのステンレス（磁性材料）から構成され、１つの開口部４１を有して平面視枠形状に構成されている。メタル部材４は、開口部４１の開口内側に、上記シリコンマスク３に形成された複数の開口部３１が位置するように、シリコンマスク３に対して位置合わせされている。なお、メタル部材４の厚さは、成膜時に成膜粒子が回り込みやすいように、薄ければ薄いほど好ましいが、上記の厚さ範囲では成膜粒子が阻害されて形成される膜の厚さが薄くなる弊害は生じなかった。

保護膜又は保護部材５は、シリコン材料から構成され、メタル部材４の表面を覆うように形成されている。つまり、開口部４１と連通し、該開口部４１と同軸同形状の開口部５１を有している。
こうする事により、磁性部材に直接成膜材料が付着する事が防げるため、磁性部材の再利用が可能になる。

一方、シート状磁石１は、マスク本体部１０のメタル部材４との間で、該メタル部材４側からシリコンマスク３と被成膜基板２をこの順で挟み込むとともに、該メタル部材４との間で磁力を生じるものとされている。そして、該磁力により、シリコンマスク３と被成膜基板２とを吸引し、これらを密着保持するものとしている。なお、被成膜基板２は、本実施の形態ではシリコン材料からなるものを用いており、また、シート状磁石１は被成膜基板２よりもやや小さい面積で構成されている。

このような構成の成膜装置１００によると、メタル部材４とシート状磁石１との間に挟まれたシリコンマスク３と被成膜基板２とを好適に密着保持できるようになる。そして、該成膜装置１００を用いて、メタル部材４とシート状磁石１との間の磁力により、シリコンマスク３と被成膜基板２を密着状態で挟み込みつつ、当該シリコンマスク３を介して被成膜基板に成膜を行う本発明に係る成膜方法によると、該シリコンマスク３及び被成膜基板２において撓みが生じることを防止ないし抑制することができ、ひいては該撓みが生じた場合に生成し得る両者間の浮き（隙間）発生を効果的に防止ないし抑制することができるものとされる。

ここで、シリコンマスク３と被成膜基板２との密着力が低い場合には、図５に示したように、これらシリコンマスク３と被成膜基板２との間に浮きＡが生じる。この浮きＡが存在すると、成膜粒子の回り込みが生じるため、シリコンマスク３の開口幅Ｘ０に対して成膜パターン幅Ｘ１が太くなり、パターンぼけΔＸが発生する。しかしながら、本実施形態では上述の通り浮きＡの発生を効果的に防止ないし抑制できるため、このようなパターンぼけΔＸの発生が防止ないし抑制され、所望の膜パターンを好適に成膜することができるのである。

ここで、本実施形態の成膜装置１００を用いて、ＤＣスパッタによりアルミニウムの配線を膜厚８５００Åで成膜したところ、本実施形態のような磁力による密着構造を有しない成膜装置を用いた場合に比して、格段にパターンぼけがなくなり、配線の最小スペースが１７μｍまで分離可能となった。

以下、シリコンマスク３の構成及び作製方法について詳述する。
シリコンマスク３は、シリコン基板に複数の開口部３１を形成したものである。開口部３１のパターン形状としては、例えば約１０μｍの幅を有するライン状に形成される。この開口部３１を介して、被成膜基板２上にアルミニウム等の導電性金属材料を積層させることにより、約１０μｍの幅の電気配線等のパターンを形成することができる。なお、開口部３１の形状としては、ライン状に限らず、円形、矩形等であってよい。

ここで、各開口部３１内には、開口部３１の側壁同士を連結する梁部３２が複数設けられている。梁部３２は、シリコンマスク３における被成膜基板２との対向面から離間した位置に設けられている。対向面からの距離は、少なくとも５μｍ以上である。このように、開口部３１の側壁に梁部３２が複数設けられているので、シリコンマスク３に閉じた形状の開口部３１を安定に構成することが可能である。つまり、例えば島のように浮いた部位を複数の梁部３２で支えることにより、ドーナッツ形の開口部３１を設けることができる。その結果、島状の部分がシリコンマスク３から脱落することなく、一体的となってマスクを構成することができるようになる。

梁部３２を対向面から離間した位置に設けるのは、シリコンマスク３を用いて被成膜基板２上に金属配線等を形成する場合に、形成される金属配線が分断されずに連続して形成されるようにするためである。つまり、梁部３２を対向面から離間させることにより、金属配線用材料等が梁部３２の周囲に回り込んで、被成膜基板上に付着するようにしているのである。このような複雑な構成のシリコンマスク３を用いる場合でも、本実施の形態では、上述の通り、メタル部材４とシート状磁石１との磁力により、シリコンマスク３と被成膜基板２との密着性が高められているため、当該複雑な配線パターンを高精度で形成することができるものとなっている。

なお、上述したシリコンマスクは以下の方法で作製することができる。
まず、シリコンマスク３となる基材（シリコン基板）の全面に耐ドライエッチングマスク材にすべき酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を成膜する。成膜される膜の材料としては、後述する異方性エッチング処理に対してマスクの役目を果たす材料であればよいので、例えば窒化シリコン、炭化シリコン、アルミニウム、クロム等であってもよし、また、その成膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、メッキ法、ＣＶＤ等であってもよい。そして、フォトリソグラフ技術を用いて、基材の表面に形成された酸化膜から、形成すべき開口部３１に対応する領域を取り除く。つまり、酸化膜が取り除かれて基材の対向面が露出した領域が開口部３１となる。

次いで、基材上にレジストを塗布し、フォトリソグラフ技術を用いて基材の対向面に塗布されたレジストから、梁部３２が含まれた開口部３１に対応する領域を取り除く。つまり、前工程において露出させた開口部３１の形成領域のうち、梁部３２を形成する領域（梁形成領域）にレジストを配置する。これにより、開口部３１の形成領域（開口形成領域）が複数に分割（分断）されたように、露出する。次いで、基材に対して異方性エッチング処理を施す。異方性エッチング処理は、特定の方向、ここでは基材の対向面に対して略直交する方向にエッチングを進行させる処理である。そして、所定の深さまで均一にシリコンを取り除く。つまり、開口部３１が形成される領域のうち、梁部３２が存在しない領域（開口形成領域から梁形成領域を除いた領域）のシリコンが取り除かれる。

次に、基材上に塗布したレジストを酸素プラズマ等を用いて剥離する。そして、レジストを剥離した基材に対して、再度、異方性エッチング処理を施す。これにより、前工程のエッチング処理によりシリコンが取り除かれた領域は、更に深く、均一にシリコンが取り除かれる。また、レジストが剥離された領域のうち、酸化膜の存在しない領域も同様に均一にシリコンが取り除かれる。このようにして、基材に２段階の凹凸が形成される。なお、この工程において新たにシリコンが取り除かれた領域は、梁部３２が形成される領域（梁形成領域）であり、基材の対向面から所定の深さまで、取り除かれる。つまり、異方性エッチング処理により取り除いた深さが、対向面から梁部３２までの距離になる。

次に、基材上に形成された酸化膜を一旦剥離し、再度基材の全面に酸化膜を形成する。そして、フォトリソグラフ技術を用いて、基材の裏面に形成された酸化膜のうち、基材の外周領域を除く領域を取り除く。言い換えれば、基材の中央部を露出させる。そして、基材に対してウェットエッチング処理等を施し、基材の外周領域を除く領域のシリコンを所定の深さまで均一に取り除く。ウェットエッチング処理に限らず、異方性エッチング処理（ドライエッチング処理）であってもよい。そして、最後に、基材上に形成された酸化膜を剥離することにより、基材に複数の開口部３１が形成され、図１及び図２に示したようなシリコンマスク３が作製される。

一方、本実施の形態の成膜装置１００に用いてメタル部材４については、図３に示したような梁部４２を設けたものとしても良い。つまり、枠状部４３と、該枠状部４３の間に形成された梁部４２とを有してなるものを採用することで、当該メタル部材の強度を確保することができるとともに、シート状磁石１との間に挟み込むシリコンマスク３と被成膜基板２との密着性を一層高めることができるのである。なお、このような梁部４２は、例えば被成膜基板２において、所定の膜パターン（配線パターン）ユニットを複数個取りする場合に好適である。つまり、形成する膜パターンユニット間に形成される非成膜部に対応して上記梁部４２を形成すれば、当該梁部４２が成膜を妨げる等の不具合も生じ難いものとなる。

また、メタル部材４は、例えば図４に示したような複数の微小孔４４を有する網目構造のものを採用しても良い。この場合も、当該メタル部材の強度を確保することができるとともに、シート状磁石１との間に挟み込むシリコンマスク３と被成膜基板２との密着性を一層高めることができるようになる。

ここで、図４に示したような網目構造を採用した場合の、網目部分の寸法設計について説明する。図６に、当該マスクを用いたスパッタ法により成膜を行う際の、ターゲット８、メタル部材４、シリコンマスク３、及び被成膜基板２の位置関係を示す。網目幅をｐ’、メタル部材４と被成膜基板２との距離をｒ’とすると、網目の影を無くすには、以下に示す幾何学関係から、（ｐ’／ｒ’）＜（２Ｔ／Ｋ）、を満たせば良い。

（幾何学関係）
ｐ’＜（ｒ’ｔａｎθ＋ｒ’ｔａｎδ）・・・（１）
ｐ’＜（ｒ’（（Ｔ＋ｘ）／Ｋ＋（Ｔ−ｘ）／Ｋ））・・・（２）
ｐ’＜（ｒ’（２Ｔ／Ｋ））・・・（３）
（ｐ’／ｒ’）＜（２Ｔ／Ｋ）・・・（４）

したがって、ｐ’とｒ’の比がターゲット直径２Ｔとスパッタ装置のターゲット−基板間距離Ｋの比より小さければ良いこととなる。上記式（４）に、マスクスパッタに使用するスパッタ装置のターゲット直径とターゲット−ソース間距離を代入して、メッシュの寸法を決定することができる。

以上、本発明の成膜装置及び成膜方法について一実施の形態を示したが、本発明はこのような実施の形態に限られるものではない。また、本発明の成膜装置及び成膜方法は、配線パターンの形成時、有機ＥＬ装置や液晶装置等の電気光学装置の画素パターンの形成時に適用することが可能である。

本発明の成膜装置の一実施の形態について示す断面模式図。図１の成膜装置を分解して示す斜視図。メタル部材の一変形例について示す平面図。メタル部材の一変形例について示す平面図。パターンぼけの態様について示す説明図。図４のメタル部材を用いた際の網目構成について詳しく示す説明図。

符号の説明

１…シート状磁石（基板挟持用部材）、２…被成膜基板、３…シリコンマスク（マスク部材）、４…メタル部材（磁性部材）、３１…開口部（第１開口部）、４２…開口部（第２開口部）、１００…成膜装置

Claims

シリコンからなり、所定パターンの第１開口部を有するマスク部材と、
磁性材料からなるとともに、第２開口部を有し、該第２開口部の平面視内側に前記第１開口部が配設されるように前記マスク部材に対して位置合わせされてなる磁性部材と、
前記磁性部材との間で、該磁性部材側から前記マスク部材と被成膜基板をこの順で挟み込むとともに、該磁性部材との間で磁力を生じるものとされ、該磁力により、前記マスク部材と前記被成膜基板とを密着させる基板挟持用部材と、
を有することを特徴とする成膜装置。
前記磁性部材は、平面視枠形状を有してなることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記磁性部材は、枠状部と、該枠状部の間に形成された梁部とを有してなることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記磁性部材は網目構造を有してなることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記基板挟持用部材が永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の成膜装置。
前記磁性部材には、前記マスク部材と対向する面と異なる面側に、シリコンからなる保護膜又は保護部材が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の成膜装置。
シリコンからなり、所定パターンの第１開口部を有するマスク部材と、磁性材料からなるとともに、第２開口部を有し、該第２開口部の平面視内側に前記第１開口部が配設されるように前記マスク部材と位置合わせされてなる磁性部材とを有するマスクを用いた成膜方法であって、
前記磁性部材との間で磁力を生じる基板挟持用部材により、該磁性部材側から前記マスク部材及び被成膜基板をこの順で挟み込みつつ、当該マスクを介して前記被成膜基板に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。