JP2007314841A - Mask for use in forming film by sputtering, and manufacturing method therefor - Google Patents

Mask for use in forming film by sputtering, and manufacturing method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mask for use in forming a film, which gives an adequate edge shape to a thin-film pattern when the pattern is formed on a substrate with a sputtering technique. <P>SOLUTION: The mask which is used when the thin film pattern is formed on the substrate with the sputtering technique has an opening pattern corresponding to the thin film pattern. A portion of forming the opening pattern of the mask has a cross-section which forms such a taper shape that the taper angle can be 30 degrees to 60 degrees with respect to the surface placed in a substrate side when the film is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はスパッタリング成膜用マスク及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering film forming mask and a method for manufacturing the same.

薄膜技術はエレクトロニクスをハード面で支えている最重要技術である。近年、エレクトロニクスを構成するデバイスの最小寸法はナノメートルの領域へと移行してきている。このようなデバイスを実現するには、材料は必然的に薄膜となり、材料作製に関してはナノメートルからオングストロームの制御性を必要とするようになってきている。一方、工業的には、生産性を損なわずに材料・デバイスを高度化せねばならず、原子レベルの制御性を有するとともに、十分な薄膜形成速度を有する技術が要求される。さらに、デバイスの機能の多様化が進むため、制御対象となる薄膜形成材料も、半導体、磁性体、絶縁体、酸化物、誘電体、金属、超誘電体など広範囲になってきている。   Thin film technology is the most important technology that supports electronics in hardware. In recent years, the minimum dimensions of devices that make up electronics have shifted to the nanometer range. In order to realize such a device, the material inevitably becomes a thin film, and the fabrication of the material requires a controllability of nanometers to angstroms. On the other hand, industrially, materials and devices must be advanced without impairing productivity, and a technology having atomic level controllability and sufficient thin film formation speed is required. Furthermore, as the functions of devices are diversifying, the thin film forming materials to be controlled are becoming widespread such as semiconductors, magnetic materials, insulators, oxides, dielectrics, metals, and superdielectrics.

こうして積層される薄膜は、例えば、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等の表示デバイスの電極や機能性薄膜、プリント配線板の配線や、プリント配線板に作り込みで形成される受動素子のための抵抗皮膜や高誘電被膜、光学特性や分子透過を制御するためのフィルム等を挙げることができる。   The thin film thus laminated is, for example, for an electrode of a display device such as a liquid crystal display device or an electroluminescence display device, a functional thin film, a wiring of a printed wiring board, or a passive element formed on a printed wiring board. Examples thereof include a resistance film, a high dielectric film, and a film for controlling optical characteristics and molecular transmission.

このように用いられる薄膜の形成方法は従来から行われている蒸着法、並びに近年光通信関連で利用されているプラズマやイオンビームによるアシスト蒸着法やイオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法などが主に使用されており、その他としてsol/gel法、スプレー法などの湿式法を用いる場合もある。一方、半導体やフラットパネルディスプレイ、電子部品などの薄膜製造工程における量産装置に使用されている方式としてスパッタリング法がある。   Thin film formation methods used in this way are mainly vapor deposition methods that have been used in the past, as well as plasma and ion beam assisted vapor deposition methods, ion plating methods, and ion beam sputtering methods that have been used in recent years for optical communications. In other cases, wet methods such as a sol / gel method and a spray method may be used. On the other hand, there is a sputtering method as a method used in mass production apparatuses in thin film manufacturing processes such as semiconductors, flat panel displays, and electronic components.

スパッタリング法とは、1.0×10―2Pa以下の真空中に不活性ガス(主にArガス)を導入しながら基板と主に金属や金属酸化物からなるスパッタターゲット間にグロー放電をすることで高電圧を印加し、イオン化したArをスパッタターゲットに衝突させ、はじき飛ばされたスパッタ物質を基板に成膜させる技術である。スパッタリング法はスパッタターゲットが金属のように導電性材料である場合は陰極(スパッタターゲット)に直流電圧(DC)を印加する方式と、スパッタターゲットがセラミックやガラスなどの絶縁物である場合は高周波電圧(RF)を印加する方式の二つに大きく分けられる。その中でもスパッタリング方式の違いによってマグネトロンスパッタ(図1)、ECRスパッタ、対向ターゲット式スパッタなどがある。スパッタリング法は成膜速度や膜組成などが安定しており、また大面積基板への均一な成膜が可能であるため、量産化に適した方式として広く利用されている。 The sputtering method is a glow discharge between a substrate and a sputter target mainly made of metal or metal oxide while introducing an inert gas (mainly Ar gas) in a vacuum of 1.0 × 10 −2 Pa or less. In this technique, a high voltage is applied to cause ionized Ar to collide with a sputter target, and the sputtered material that has been blown off is deposited on the substrate. In the sputtering method, a direct current voltage (DC) is applied to the cathode (sputter target) when the sputter target is a conductive material such as metal, and a high frequency voltage is applied when the sputter target is an insulator such as ceramic or glass. It can be roughly divided into two methods of applying (RF). Among them, there are magnetron sputtering (FIG. 1), ECR sputtering, counter target sputtering, etc., depending on the sputtering method. The sputtering method is widely used as a method suitable for mass production because the film formation rate and film composition are stable and uniform film formation on a large area substrate is possible.

しかしながらスパッタリング法を用いてメタルマスクにより基板上に薄膜パターン形成する場合、プラズマ閉じ込めによるターゲット表面の生成熱輻射、更にプラズマ荷電粒子である反跳Arイオン及び二次電子入射によりマスクが熱変形することで基板上のパターンがぼけてしまうという懸念がある。   However, when a thin film pattern is formed on a substrate using a metal mask by sputtering, the mask is thermally deformed due to thermal radiation generated on the target surface by plasma confinement, and recoil Ar ions and secondary electrons that are plasma charged particles. There is a concern that the pattern on the substrate will be blurred.

これを防ぐためにマスク材料に熱変形の少ない非導電性材料を用いるスパッタリング方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。また、セラミック基板上に感光性樹脂材を設け、ここにフォトリソグラフィ法にて所定のマスキングパターンを形成し、感光性樹脂パターンを有するセラミック基板表面にブラスト加工手段を施すことによってセラミック基板に所定の開口形状を有する貫通部を形成させ、これによって所望の開口パターンを有するセラミック製のマスクが提案されている(例えば特許文献2参照)。   In order to prevent this, a sputtering method using a non-conductive material with little thermal deformation as a mask material has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, a photosensitive resin material is provided on the ceramic substrate, a predetermined masking pattern is formed on the ceramic substrate by photolithography, and a blasting means is applied to the surface of the ceramic substrate having the photosensitive resin pattern. A ceramic mask having a desired opening pattern by forming a through-hole having an opening shape has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開平11−36070号公報JP 11-36070 A 特開2003−170352号公報JP 2003-170352 A

しかしながら、マスクを用いて基板上にパターン形成された薄膜パターンのエッジの形状は、薄膜材料の指向性とマスクパターンの開口部の断面のテーパー角で決定するが、マスクの開口部をブラスト加工で形成する方法においては、精密なテーパー角の制御ができないという問題があった。また、フォトレジスト法を用いてマスキングパターンを形成する方法では、レジスト塗布、プレベーク、露光、現像、ポストベークなどの長くて複雑な工程を行うことにより、時間とコストがかかるという問題があった。   However, the shape of the edge of the thin film pattern patterned on the substrate using the mask is determined by the directivity of the thin film material and the taper angle of the cross section of the opening of the mask pattern. In the forming method, there is a problem that precise taper angle cannot be controlled. Further, in the method of forming a masking pattern using a photoresist method, there is a problem that it takes time and cost by performing long and complicated processes such as resist coating, pre-baking, exposure, development, and post-baking.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、スパッタリング法を用いて基板上にパターン形成する際に、薄膜パターンのエッジ形状が良好なスパッタリング成膜用マスクを提供することを目的とする。また、マスクパターンの開口部断面のテーパー角を容易に精度よく制御可能なスパッタリング成膜用マスクの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering film forming mask in which the edge shape of a thin film pattern is good when a pattern is formed on a substrate using a sputtering method. And It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a sputtering film forming mask capable of easily and accurately controlling the taper angle of the opening cross section of the mask pattern.

本発明の課題を解決するためになされた第1の発明は、スパッタリング法にて基板上に薄膜パターンを形成する際に用いる薄膜パターンに対応した開口パターンを有するスパッタリング成膜用マスクにおいて、前記マスクの開口パターンを形成する部分の断面形状が成膜時の基板側の面に対しテーパー形状であり、且つ、前記マスクの開口パターンを形成する部分の断面のテーパー形状におけるテーパー角が30゜以上60゜以下であることを特徴とするスパッタリング成膜用マスクである。   A first invention made to solve the problems of the present invention is a sputtering film forming mask having an opening pattern corresponding to a thin film pattern used when forming a thin film pattern on a substrate by a sputtering method. The cross-sectional shape of the portion where the opening pattern is formed is tapered with respect to the surface on the substrate side during film formation, and the taper angle of the cross-sectional tapered shape of the portion where the opening pattern of the mask is formed is 30 ° or more and 60. A sputtering film forming mask characterized by having a temperature of ≦ °.

本発明の課題を解決するためになされた第2の発明は、前記マスクの開口パターンから1mm以内の部分における最大膜厚が20μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング成膜用マスクである。   The second aspect of the present invention made to solve the problems of the present invention is characterized in that the maximum film thickness in a portion within 1 mm from the opening pattern of the mask is 20 μm or more and 200 μm or less. This is a film mask.

本発明の課題を解決するためになされた第3の発明は、前記マスクの開口パターンから1mmを越える部分において、マスクの厚みが1mm以上5mm以下の厚膜部分を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスパッタリング成膜用マスクである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a thick film portion having a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less in a portion exceeding 1 mm from the opening pattern of the mask. A sputtering film forming mask according to claim 1.

本発明の課題を解決するためになされた第4の発明は、前記マスク形成材料がPyrolitic Boron Nitride(熱分解窒化ホウ素)からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスパッタリング成膜用マスクである。   4th invention made | formed in order to solve the subject of this invention, The said mask formation material consists of Pyrolytic Boron Nitride (pyrolytic boron nitride), Sputtering in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. This is a film forming mask.

本発明の課題を解決するためになされた第5の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載のスパッタリング成膜用マスクの製造方法であって、開口パターンに対応した凸部を有するプレート上にCVD法によりマスク形成材料を成膜する工程と、得られたマスクをプレートと剥離させる工程を少なくとも備えることを特徴とするスパッタリング成膜用マスクの製造方法である。   A fifth invention made in order to solve the problems of the present invention is a method of manufacturing a sputtering film forming mask according to any one of claims 1 to 5, wherein the plate has a convex portion corresponding to the opening pattern. A method of manufacturing a mask for sputtering film formation, comprising at least a step of depositing a mask forming material by a CVD method and a step of peeling the obtained mask from a plate.

本発明の課題を解決するためになされた第6の発明は、前記プレート状の凸部の側面と前記プレートとのなす角が、60゜以上90゜以下であることを特徴とする請求項5記載のスパッタリング成膜用マスクの製造方法である。   A sixth invention made to solve the problems of the present invention is characterized in that an angle formed between a side surface of the plate-like convex portion and the plate is 60 ° or more and 90 ° or less. It is a manufacturing method of the sputtering film-forming mask of description.

マスクの開口パターンを形成する部分の断面形状が成膜時の基板側の面に対しテーパー形状であり、且つ、前記マスクの開口パターンを形成する部分の断面のテーパー形状におけるテーパー角が30゜以上60゜以下である本発明のスパッタリング用マスクを用いてスパッタリング法により基板上に薄膜パターンを形成することにより、エッジの形状が盛り上がったり、エッジにぼけがないような均一な膜厚でありエッジ形状に優れた薄膜パターンを基板上に得ることができた。   The cross-sectional shape of the portion where the mask opening pattern is formed is tapered with respect to the surface on the substrate side during film formation, and the taper angle of the cross-sectional taper shape of the portion where the mask opening pattern is formed is 30 ° or more. By forming a thin film pattern on the substrate by sputtering using the sputtering mask of the present invention of 60 ° or less, the edge shape rises and the edge shape is uniform and the edge shape is not blurred. An excellent thin film pattern could be obtained on the substrate.

前記マスクの開口パターンから1mm以内の部分における最大膜厚が20μm以上200μm以下である本発明のスパッタリング用マスクを用いてスパッタリング法により基板上に薄膜パターンを形成することにより、均一な膜厚でありエッジ形状に優れた薄膜パターンを基板上に得ることができた。   By forming a thin film pattern on the substrate by sputtering using the sputtering mask of the present invention having a maximum film thickness of 20 μm or more and 200 μm or less in a portion within 1 mm from the opening pattern of the mask, the film thickness is uniform. A thin film pattern with excellent edge shape was obtained on the substrate.

また、マスクパターンの開口部周辺以外の場所の膜厚を厚くすることにより、マスクの耐衝撃性向上を図り、さらに体積が増えるため熱容量が大きくなり、マスクの熱変形を抑制することができた。   In addition, by increasing the film thickness at locations other than the periphery of the opening of the mask pattern, the impact resistance of the mask was improved, and the heat capacity increased due to the increase in volume, thereby suppressing thermal deformation of the mask. .

また、マスク形成材料として、Pyrolitic Boron Nitride(熱分解窒化ホウ素)を用いることにより、スパッタ法において基板上に薄膜を形成する際、プラズマ閉じ込めによるターゲット表面の輻射熱、更にプラズマの端損失によりマスク表面に入射する二次電子(逐次電離過程に伴う加速電子)による熱変形を抑制することができた。   In addition, by using Pyrolytic Boron Nitride (pyrolytic boron nitride) as a mask forming material, when a thin film is formed on a substrate in the sputtering method, the target surface radiant heat due to plasma confinement, and further, the edge loss of plasma causes Thermal deformation due to incident secondary electrons (accelerated electrons accompanying sequential ionization process) could be suppressed.

さらに、CVD法によりセラミック薄膜を積層させて形成することで、マスクの耐衝撃性を向上させることができた。また、CVD法によりセラミック薄膜をマスクパターン形状の凸部を表面に有するプレート表面に積層させることによってマスクパターンの開口部を形成するために、スパッタリング用マスクの開口パターンを容易に形成することができた。   Furthermore, the impact resistance of the mask could be improved by laminating the ceramic thin films by the CVD method. In addition, by forming a mask pattern opening by laminating a ceramic thin film on the surface of a plate having a mask pattern-shaped projection on the surface by CVD, the opening pattern of the sputtering mask can be easily formed. It was.

さらに、プレート上の凸部側面のテーパー角を制御することにより、マスクパターンの開口部断面のテーパー角を容易に精度よく制御し、所望のテーパー角を有するスパッタリング成膜用マスクを製造することが可能となった。   Furthermore, by controlling the taper angle of the side surface of the convex part on the plate, the taper angle of the cross section of the opening of the mask pattern can be easily and accurately controlled, and a sputtering film forming mask having a desired taper angle can be manufactured. It has become possible.

以下、本発明の実施の形態に関わるスパッタリング成膜用マスクの例を図面に示し、詳細に説明する。本発明のスパッタリング法としては、イオンビームスパッタリング法、直流スパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等を用いることが可能である。図1に、本発明においてスパッタリング方式としてマグネトロンスパッタリング法を用いた場合のマグネトロンスパッタ装置の概念図を示した。   Hereinafter, an example of a sputtering film forming mask according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As the sputtering method of the present invention, an ion beam sputtering method, a direct current sputtering method, a high frequency sputtering method, a magnetron sputtering method, or the like can be used. FIG. 1 shows a conceptual diagram of a magnetron sputtering apparatus when a magnetron sputtering method is used as a sputtering method in the present invention.

図1において、本発明におけるスパッタリング成膜用マスク2は基板1の直下に配置され、スパッタターゲット6から飛散するターゲット粒子6aを基板1の表面に所望のパターンに堆積させる際に用いられる。ここで、マグネトロンスパッタ装置においてはターゲット6の背面にマグネット9を配置して磁場をかけることでプラズマ4を生成する。プラズマ内のArイオン5はターゲット9の電圧降下で加速されてターゲット9に入射し、ターゲット粒子6aを飛び出させることによって、対向する基板1上に付着させる。また、Arイオンがターゲットに入射した際には、ターゲット粒子6a以外にも二次電子10等が放出される。二次電子10や反脹Arイオンは基板1やスパッタリング成膜用マスク2に入射する。   In FIG. 1, a sputtering film formation mask 2 according to the present invention is disposed immediately below a substrate 1 and is used when target particles 6 a scattered from a sputtering target 6 are deposited in a desired pattern on the surface of the substrate 1. Here, in the magnetron sputtering apparatus, the magnet 9 is disposed on the back surface of the target 6 and the plasma 4 is generated by applying a magnetic field. Ar ions 5 in the plasma are accelerated by the voltage drop of the target 9 and are incident on the target 9, causing the target particles 6 a to jump out and adhere to the opposing substrate 1. Further, when Ar ions are incident on the target, secondary electrons 10 and the like are emitted in addition to the target particles 6a. The secondary electrons 10 and the expanded Ar ions are incident on the substrate 1 and the sputtering deposition mask 2.

次に、本発明のスパッタリング成膜用マスクについて説明する。図2は本発明のスパッタリング成膜用マスクの断面図である。本発明のスパッタリング成膜用マスク2は、前記マスクの開口パターン13を形成する部分の断面形状が成膜時の基板側の面に対しテーパー形状であり、且つ、前記マスクの開口パターンを形成する部分の断面のテーパー形状におけるテーパー角θ1が30゜以上60゜以下であることを特徴とする。   Next, the sputtering film forming mask of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the sputtering film forming mask of the present invention. In the sputtering film forming mask 2 of the present invention, the cross-sectional shape of the portion where the opening pattern 13 of the mask is formed is tapered with respect to the substrate side surface during film formation, and the opening pattern of the mask is formed. The taper angle θ1 in the taper shape of the cross section of the portion is 30 ° or more and 60 ° or less.

図3にスパッタリング成膜用マスクのテーパー角θ1と基板1上に得られる薄膜パターン15の断面形状の関係についての説明断面図を示した。本発明においてマスクパターン開口部断面のテーパー角θ1は30゜以上60゜以下である。テーパー角θ1が60゜を超えるような場合、スパッタ粒子が基板とマスクの間に回り込んでしまって基板上に形成される薄膜パターン15にボケが生じ、隣接パターンと付着してしまう(図3(a))。逆に、テーパー角θ1が30゜未満であると、基板上に形成される薄膜パターン15のエッジが盛り上がってしまい、パターンのエッジ部の膜厚が大きくなってしまい、膜厚の均一性が失われてしまう(図3(b))。よって、マスクのテーパー角を30゜以上60゜以下とすることが好ましいのである。   FIG. 3 is an explanatory sectional view showing the relationship between the taper angle θ1 of the sputtering film forming mask and the sectional shape of the thin film pattern 15 obtained on the substrate 1. In the present invention, the taper angle θ1 of the cross section of the mask pattern opening is 30 ° or more and 60 ° or less. When the taper angle θ1 exceeds 60 °, the sputtered particles wrap around between the substrate and the mask, causing the thin film pattern 15 formed on the substrate to blur and adhere to the adjacent pattern (FIG. 3). (A)). On the other hand, if the taper angle θ1 is less than 30 °, the edge of the thin film pattern 15 formed on the substrate rises, the film thickness at the edge of the pattern increases, and the film thickness uniformity is lost. (FIG. 3B). Therefore, the taper angle of the mask is preferably set to 30 ° or more and 60 ° or less.

また、本願発明のスパッタリング用マスクは、前記マスクの開口パターンから1mm以内の部分における最大膜厚が20μm以上200μm以下であることが好ましい。また、スパッタリング用マスクの開口パターンから1mmを越える部分において、マスクの厚みが1mm以上5mm以下の厚膜部分を有することが好ましい。   In the sputtering mask of the present invention, the maximum film thickness in a portion within 1 mm from the opening pattern of the mask is preferably 20 μm or more and 200 μm or less. Moreover, it is preferable to have a thick film part with a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less in a part exceeding 1 mm from the opening pattern of the sputtering mask.

図4に本発明のスパッタリングマスクの断面図を示した。図2及び図4において、開口パターン13の1mm以内の部分は最大膜厚が20μm以上200μm以下の薄膜部分11である。また、スパッタリング用マスクの開口パターンから1mmを越える部分において、マスクの厚みが1mm以上5mm以下の厚膜部分12を有している。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of the sputtering mask of the present invention. 2 and 4, a portion within 1 mm of the opening pattern 13 is a thin film portion 11 having a maximum film thickness of 20 μm or more and 200 μm or less. In addition, in a portion exceeding 1 mm from the opening pattern of the sputtering mask, a thick film portion 12 having a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less is provided.

マスクの膜厚が薄い範囲である薄膜部分11の最大膜厚は20μm以上200μm以下であることが好ましい。薄膜部分の最大膜厚が20μm未満の場合、マスクとしての郷土を保つことが困難となる。また、薄膜部分の最大膜厚が200μmを超えるような場合には、パターンのエッジ部の膜厚が大きくなってしまう。   It is preferable that the maximum film thickness of the thin film portion 11 where the film thickness of the mask is thin is 20 μm or more and 200 μm or less. When the maximum film thickness of the thin film portion is less than 20 μm, it is difficult to maintain the hometown as a mask. In addition, when the maximum film thickness of the thin film portion exceeds 200 μm, the film thickness of the edge portion of the pattern becomes large.

また、薄膜部分11はマスクパターン開口部から少なくとも10mm以上の範囲であることが望ましい。このようにマスク開口部がマスクの厚さが薄い部分と厚い部分の段差から10mm以上離れることによって、マスクの開口部に入射するスパッタ粒子がマスクの厚さが薄い部分と厚い部分の段差によって遮断されることを防げことができる。   The thin film portion 11 is preferably at least 10 mm or more from the mask pattern opening. Thus, when the mask opening is separated from the step between the thin part and the thick part by 10 mm or more, the sputtered particles incident on the mask opening are blocked by the step between the thin part and the thick part. Can be prevented.

また、マスクの膜厚が厚い部分である厚膜部分12の膜厚は1mm以上5mm以下が望ましい。厚みがこの範囲であると、十分な耐衝撃性を確保することができ、また、製造コストの面でも好ましい。   Further, the film thickness of the thick film portion 12 which is a thick film portion of the mask is desirably 1 mm or more and 5 mm or less. When the thickness is within this range, sufficient impact resistance can be ensured, and the production cost is also preferable.

本発明におけるスパッタリング成膜用マスク2は開口パターン13周辺にマスクの膜厚が薄くなる範囲11を設け、さらにマスクの膜厚が薄くなる範囲以外のマスクの膜厚12を衝撃に対して十分な強度を持つような膜厚にすることで、マスクを取り扱う際の衝撃でマスクが破壊されるのを抑制することができる。   In the sputtering film forming mask 2 of the present invention, a range 11 in which the thickness of the mask is reduced is provided around the opening pattern 13, and the thickness 12 of the mask other than the range in which the thickness of the mask is reduced is sufficient for impact. By making the film thickness strong, it is possible to prevent the mask from being broken by an impact when handling the mask.

本発明におけるスパッタリング成膜用マスク2は、マスク本体を構成する材料としてメタルよりも熱変形の小さなセラミックが好ましい。プラズマ閉じ込め4によるターゲット表面の生成熱輻射、更にプラズマ荷電粒子である反跳Arイオン及び二次電子入射10(図1)により、マスクが熱変形することを抑制することが可能となるためである。セラミックとしては、公知のものを使用できるが、Pyrolitic Boron Nitride(PBN、熱分解窒化ホウ素)はその耐衝撃性からマスクの材料として好ましい。ここで、PBNとはホウ素と窒素の原子からなる六方晶構造をもった薄膜が平行に積層して形成される薄膜であり、BN(Boron Nitride)をCVD法により積層することで形成される。   The sputtering film forming mask 2 in the present invention is preferably a ceramic having a smaller thermal deformation than a metal as a material constituting the mask body. This is because it is possible to suppress thermal deformation of the mask due to thermal radiation generated on the target surface by the plasma confinement 4 and further, recoil Ar ions and secondary electron incidence 10 (FIG. 1) which are plasma charged particles. . Known ceramics can be used, but Pyrolytic Boron Nitride (PBN, pyrolytic boron nitride) is preferable as a mask material because of its impact resistance. Here, PBN is a thin film formed by stacking parallel thin films having a hexagonal crystal structure composed of atoms of boron and nitrogen, and is formed by stacking BN (Boron Nitride) by a CVD method.

なお、本願発明のスパッタリング成膜用マスクは、複数の材料からなるマスクであっても構わない。例えば、開口パターンを形成している部分と、厚膜部分の形成材料が異なっていても構わない。   Note that the sputtering film forming mask of the present invention may be a mask made of a plurality of materials. For example, the material for forming the opening pattern and the thick film portion may be different.

次に、本発明のスパッタリング成膜用マスクを製造する方法について説明する。図5は、本発明のマスクを製造する方法についての説明図である。   Next, a method for producing the sputtering film forming mask of the present invention will be described. FIG. 5 is an explanatory view of a method for manufacturing the mask of the present invention.

まず、マスクパターン形状の凸部17を表面に有するプレート16の表面にマスク形成材料からなる薄膜20を積層する(図5(a))。積層の方法としてはCVD法が用いられる。CVD法は、るつぼ内壁表面形成材料の元素を含む気化させた化合物(ソースガス)をそのまま、あるいは水素・窒素などのキャリアガスと混ぜ送り込み、分解、還元、酸化、置換などの化学反応を起こさせて数nm程度の厚みでセラミック薄膜を積層するという方法である。また、プレート16と凸部17は、着脱可能な方法で固定されている。着脱可能な固定方法としては、例えばネジによって固定する方法を用いることができる。 First, the thin film 20 made of a mask forming material is laminated on the surface of the plate 16 having the mask pattern-shaped convex portions 17 on the surface (FIG. 5A). A CVD method is used as a lamination method. In the CVD method, the vaporized compound (source gas) containing the elements of the crucible inner wall surface forming material is directly or mixed with a carrier gas such as hydrogen or nitrogen to cause chemical reactions such as decomposition, reduction, oxidation, and substitution. This is a method of laminating ceramic thin films with a thickness of about several nm. The plate 16 and the convex portion 17 are fixed by a detachable method. As a detachable fixing method, for example, a fixing method using screws can be used.

マスク形成材料からなる薄膜20を構成するマスク形成材料はBN(Boron Nitride)が好ましい。マスク形成材料としてBNを用いた場合、CVD法において使用されるソースガスはボロントリクロライド(BCl)、アンモニア(NH)である。また、活性化エネルギーとしては、熱(1800〜2000℃)、プラズマ、近紫外から真空紫外・レーザ光が用いられる。 The mask forming material constituting the thin film 20 made of the mask forming material is preferably BN (Boron Nitride). When BN is used as a mask forming material, source gases used in the CVD method are boron trichloride (BCl 3 ) and ammonia (NH 3 ). Further, as activation energy, heat (1800 to 2000 ° C.), plasma, near ultraviolet to vacuum ultraviolet / laser light is used.

このとき、前記プレート状の凸部17の側面と前記プレートのなす角θ2は60゜以上90゜以下であることが好ましい。上記角度がこの範囲であると、プレート16表面上に形成されたマスクパターン開口部の断面のテーパー角が30度以上60度以下に制御できるからである。   At this time, it is preferable that an angle θ2 formed by the side surface of the plate-like convex portion 17 and the plate is 60 ° or more and 90 ° or less. This is because when the angle is within this range, the taper angle of the cross section of the mask pattern opening formed on the surface of the plate 16 can be controlled to 30 degrees or more and 60 degrees or less.

こうしてプレート16表面に形成されたマスク形成材料からなる薄膜20からマスクパターン形状の凸部17を取り外すことにより、セラミック層にマスクパターンの開口形状を有する貫通部を形成することができる。 By removing the projections 17 having the mask pattern shape from the thin film 20 made of the mask forming material formed on the surface of the plate 16 in this way, it is possible to form a through portion having a mask pattern opening shape in the ceramic layer.

さらに、プレート16表面に形成されたマスクパターンの開口部13から少なくとも10mm以上離れた範囲に開口部23を有するマスク21を用い、厚膜形成材料を積層する(図5(b))。こうすることで、マスクが厚くなる厚膜部分12を形成することができる(図5(c))。以上の工程でプレート16表面上に積層された開口パターンと厚膜部分を有する薄膜をプレート16から剥離させることで本発明のスパッタリング成膜用マスク2が得られる(図5(d))。 Further, a thick film forming material is laminated using a mask 21 having an opening 23 in a range at least 10 mm away from the opening 13 of the mask pattern formed on the surface of the plate 16 (FIG. 5B). By doing so, it is possible to form the thick film portion 12 in which the mask becomes thick (FIG. 5C). The sputtering film formation mask 2 of the present invention is obtained by peeling the thin film having the opening pattern and the thick film portion laminated on the surface of the plate 16 through the above steps from the plate 16 (FIG. 5D).

以下に、実施例について述べる。   Examples will be described below.

<スパッタリング成膜用マスクの製造>
プレートとしてはステンレスを用い、プレート上にプレートのなす角が60゜となる凸部を設けた。このとき、凸部はネジによって着脱可能な方式によりプレート上に固定した。この上に膜厚が50μmとなるようにCVD法を用いて熱分解窒化ホウ素を積層した。このとき、CVD装置としては基板直接加熱のcold−wall式を用い、ソースガスはボロントリクロライド(BCl)、キャリアガスは窒素および水素を用いた。また、析出温度は1300℃、全ガス圧は10Torrであった。
<Manufacture of sputtering film forming mask>
Stainless steel was used as the plate, and a convex portion with an angle of 60 ° formed on the plate was provided on the plate. At this time, the convex part was fixed on the plate by a detachable method using screws. On this, pyrolytic boron nitride was laminated | stacked using CVD method so that a film thickness might be set to 50 micrometers. At this time, a cold-wall system of direct substrate heating was used as the CVD apparatus, boron trichloride (BCl 3 ) was used as the source gas, and nitrogen and hydrogen were used as the carrier gas. The deposition temperature was 1300 ° C. and the total gas pressure was 10 Torr.

熱分解窒化ホウ素の薄膜から凸部を取り外すことにより、マスクパターンの開口形状を有する貫通部を形成した。このときのマスクパターン開口部の断面のテーパー角は45°であった。   By removing the convex portion from the pyrolytic boron nitride thin film, a through portion having an opening shape of the mask pattern was formed. The taper angle of the cross section of the mask pattern opening at this time was 45 °.

次にマスクを用い、マスクパターンの開口部から10mm離れた範囲の膜厚が2mmとなるように、CVD法を用いて熱分解窒化ホウ素を積層した。最後に、薄膜をプレートから剥離させることで本発明のスパッタリング成膜用マスクを得た。 Next, using a mask, pyrolytic boron nitride was laminated using a CVD method so that the film thickness in a range 10 mm away from the opening of the mask pattern was 2 mm. Finally, the thin film was peeled from the plate to obtain the sputtering film forming mask of the present invention.

<薄膜パターンの形成>
得られたマスクを用い、ガラス基板上にスパッタ法により太さ2mmの電極パターンを形成した。ここでスパッタリング装置として直流電圧(DC)方式のマグネトロンスパッタを用いた。また、ターゲットとしてはITO(Indium−Tin−Oxide)を、不活性ガスとしてはArを用いた。ここで、成膜条件としては放電パワーを600W、ガス導入時圧力は0.5Pa、Ar流量は150sccm、O流量は1.5sccmとした。基板上に得られた電極パターンはエッジ形状が良好であり、均一な膜厚の電極パターンであった。また、スパッタリング成膜中にマスクは熱変形せず、得られた電極パターンは位置精度の良いものであった。
<Formation of thin film pattern>
Using the obtained mask, an electrode pattern having a thickness of 2 mm was formed on a glass substrate by sputtering. Here, direct-current voltage (DC) type magnetron sputtering was used as the sputtering apparatus. Moreover, ITO (Indium-Tin-Oxide) was used as a target, and Ar was used as an inert gas. Here, the film formation conditions were a discharge power of 600 W, a gas introduction pressure of 0.5 Pa, an Ar flow rate of 150 sccm, and an O 2 flow rate of 1.5 sccm. The electrode pattern obtained on the substrate had a good edge shape and was an electrode pattern with a uniform film thickness. Further, the mask was not thermally deformed during the sputtering film formation, and the obtained electrode pattern had good positional accuracy.

図1はマグネトロンスパッタ装置の概念図であるFIG. 1 is a conceptual diagram of a magnetron sputtering apparatus. 図2は本発明のスパッタリング成膜用マスクの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the sputtering film forming mask of the present invention. マスクのテーパー角θ1と基板1上に得られる薄膜パターンの断面形状の関係についての説明断面図である。FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view regarding the relationship between the taper angle θ1 of the mask and the cross-sectional shape of the thin film pattern obtained on the substrate 1 図4は本発明のスパッタリングマスクの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the sputtering mask of the present invention. 図5は本発明のマスクの製造方法の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the mask manufacturing method of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 スパッタリング成膜用マスク
3 基板ラック
4 Arプラズマ
5 Arイオン
6 ターゲット
6a ターゲット粒子
7 バッキングプレート
8 冷却水
9 カソードマグネット
10 二次電子
11 薄膜部分
12 厚膜部分
13 開口パターン
15 薄膜パターン
16 プレート
17 凸部
18 ネジ部
20 マスク形成材料からなる薄膜20
21 マスク
22 マスキング部分
23 開口部分



DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Sputtering deposition mask 3 Substrate rack 4 Ar plasma 5 Ar ion 6 Target 6a Target particle 7 Backing plate 8 Cooling water 9 Cathode magnet 10 Secondary electron 11 Thin film portion 12 Thick film portion 13 Opening pattern 15 Thin film pattern 16 Plate 17 Convex part 18 Screw part 20 Thin film 20 made of mask forming material
21 Mask 22 Masking part 23 Opening part



Claims (6)

スパッタリング法にて基板上に薄膜パターンを形成する際に用いる薄膜パターンに対応した開口パターンを有するスパッタリング成膜用マスクにおいて、
前記マスクの開口パターンを形成する部分の断面形状が成膜時の基板側の面に対しテーパー形状であり、且つ、前記マスクの開口パターンを形成する部分の断面のテーパー形状におけるテーパー角が30゜以上60゜以下であることを特徴とするスパッタリング成膜用マスク。
In a sputtering film forming mask having an opening pattern corresponding to a thin film pattern used when forming a thin film pattern on a substrate by a sputtering method,
The cross-sectional shape of the portion where the opening pattern of the mask is formed is tapered with respect to the surface on the substrate side during film formation, and the taper angle of the tapered shape of the cross-section of the portion where the opening pattern of the mask is formed is 30 °. A mask for sputtering film formation, wherein the mask is 60 ° or more and 60 ° or less.
前記マスクの開口パターンから1mm以内の部分における最大膜厚が20μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング成膜用マスク。   2. The sputtering film forming mask according to claim 1, wherein the maximum film thickness in a portion within 1 mm from the opening pattern of the mask is 20 μm or more and 200 μm or less. 前記マスクの開口パターンから1mmを越える部分において、マスクの厚みが1mm以上5mm以下の厚膜部分を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスパッタリング成膜用マスク。   3. The sputtering film forming mask according to claim 1, wherein the mask has a thick film portion having a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less in a portion exceeding 1 mm from the opening pattern of the mask. 前記マスク形成材料がPyrolitic Boron Nitride(熱分解窒化ホウ素)からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスパッタリング成膜用マスク。   The mask for sputtering film formation according to any one of claims 1 to 3, wherein the mask forming material is made of pyrolytic boron nitride (pyrolytic boron nitride). 請求項1乃至5のいずれかに記載のスパッタリング成膜用マスクの製造方法であって、
開口パターンに対応した凸部を有するプレート上にCVD法によりマスク形成材料を成膜する工程と、得られたマスクをプレートと剥離させる工程を少なくとも備えることを特徴とするスパッタリング成膜用マスクの製造方法。
It is a manufacturing method of the mask for sputtering film-formation in any one of Claim 1 thru | or 5, Comprising:
Manufacturing of a mask for sputtering film formation comprising at least a step of forming a mask forming material on a plate having a convex portion corresponding to the opening pattern by a CVD method and a step of peeling the obtained mask from the plate Method.
前記プレート状の凸部の側面と前記プレートとのなす角が、60゜以上90゜以下であることを特徴とする請求項5記載のスパッタリング成膜用マスクの製造方法。



6. The method of manufacturing a mask for sputtering film formation according to claim 5, wherein an angle formed between a side surface of the plate-like convex portion and the plate is 60 ° or more and 90 ° or less.



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