JP2009221524A

JP2009221524A - 製膜方法

Info

Publication number: JP2009221524A
Application number: JP2008066350A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kawashima; 慎吾川島; Yukihiko Nishiyama; 幸彦西山; Hiroyuki Kaigawa; 裕之貝川; Toru Daito; 徹大東
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】ソーダガラスからなる基板に対して、より微細なパターンに、ズレがないようにスパッタリングで薄膜を形成することができる製膜方法を提供する。
【解決手段】パターンが形成されたマスクを用いて、基板表面にパターン形状の薄膜を気相成長により形成する製膜方法であって、基板は、熱膨張係数が８．０〜１０．０ｐｐｍ／℃であるソーダガラスからなり、マスクは、熱膨張係数が９．０〜１２．５ｐｐｍ／℃である少なくともＦｅを含有する合金からなる製膜方法に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガラスからなる基板に薄膜を形成する製膜方法に関するものであり、特に、ソーダガラスからなる基板に所望のパターンどおり薄膜を形成する製膜方法に関するものである。

現在、薄型のディスプレイ、たとえば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、カラーフィルタ、タッチパネル、液晶、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）および有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）について様々な研究開発が進められている。これらのディスプレイは、ガラスからなる基板や、プラスチックからなる基板上にマスクを配置し、気相成長によって該基板に所望のパターンどおり薄膜を形成する技術を必要とする。該技術は、たとえば、基板上に、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透明導電膜が形成する際や所定の位置に所望の蛍光体を配置する際に用いられる。所望のパターンどおりに薄膜を形成するためには、基板上にマスクを配置したのちに気相成長を行なう手法を選択することができる。そして、薄型のディスプレイの開発において、より微細なパターンに、ズレがないよう薄膜を形成する技術が求められている。

ここで、気相成長、たとえば、蒸着の際には、真空にした容器の中で、蒸着材料を加熱し気化もしくは昇華して、離れた位置に置かれた基板の表面に付着させるため、基板およびマスクの温度は向上することとなる。基板およびマスクは、温度が向上すると熱膨張を起こる。現在、該マスクの材料には４２アロイ（４２％程度Ｎｉを含むＦｅ−Ｎｉ合金）が広く用いられている。４２アロイは、熱膨張係数が４ｐｐｍ程度である。気相成長の際には、基板の材料に関係なく４２アロイ製のマスクが広く用いられている。一方、該基板の材料としては、プラスチックやガラスが用いられるが、これらの熱膨張係数は様々な値である。その中で、アルカリガラスであるソーダガラスは組成により熱膨張係数が８〜１０ｐｐｍ程度であり、４２アロイの熱膨張係数と大きな差異がある。

したがって、ソーダガラスからなる基板に４２アロイ製のマスクを用いた場合には、双方の熱膨張係数の差異から、該基板と該マスクとの位置がズレることで、所望のパターンに薄膜を形成できない問題があった。

そこで、たとえば、特開２００４−０５８６０１号公報（特許文献１）においては、メタルマスクの熱膨張係数に着目し、蒸着において該マスクを使用する際の温度上昇によるマスク部の弛みを補償できることを開示している。

また、特開２００３−１５１７６８号公報（特許文献２）においては、プラスチック基板に、該プラスチック基板と熱膨張係数が同等のプラスチック材料からなるマスクを用いて蒸着する技術が開示されている。

また、特開２００３−０７７６６０号公報（特許文献３）においては、有機ＥＬ製造における基板に、セラミック等からなるマスクを用いて蒸着する技術が開示されている。そして特許文献３には、マスクと基板の熱膨張係数の差が５ｐｐｍ以下であることが開示されている。

現在、基板に対して、より微細なパターンに、さらにズレがないように気相成長で薄膜を形成することができる新しい製膜方法が求められている。
特開２００４−０５８６０１号公報特開２００３−１５１７６８号公報特開２００３−０７７６６０号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ソーダガラスからなる基板に対して、より微細なパターンに、ズレがないように気相成長で薄膜を形成することができる製膜方法を提供することを目的とする。

本発明者は、ガラスのなかでも汎用されるソーダガラスからなる基板に着目し、該基板に対する気相成長の際に最適なマスクについて検討し、ソーダガラスからなる基板に対して、より微細なパターンに、ズレがないよう薄膜を形成する方法を発明した。本発明は、パターンが形成されたマスクを用いて、基板表面にパターン形状の薄膜を気相成長により形成する製膜方法であって、基板は、熱膨張係数が８．０〜１０．０ｐｐｍ／℃であるソーダガラスからなり、マスクは、熱膨張係数が９．０〜１２．５ｐｐｍ／℃である少なくともＦｅを含有する合金からなる製膜方法に関する。

また、本発明の製膜方法において、マスクは、ＦｅとＮｉとを含有し、かつ、Ｎｉを４５〜５２質量％含有する合金からなることが好ましい。

また、本発明の製膜方法において、マスクは、ＦｅとＣｒとを含有し、かつ、Ｃｒを１３〜１８質量％含有する、フェライト系またはマルテンサイト系のステンレスからなることが好ましい。

また、本発明の製膜方法において、マスクの熱膨張係数と基板の熱膨張係数との差が３ｐｐｍ／℃であることが好ましい。

また、本発明の製膜方法において、気相成長で、マスクおよび基板の表面温度が２００〜３００℃となることが好ましい。

ソーダガラスからなる基板に対して、より微細なパターンに、ズレがないように気相成長で薄膜を形成することができる製膜方法を提供することができる。

本発明は、ソーダガラスからなる基板の表面に所望のパターン形状の薄膜を形成する製膜方法に関する。まず、本発明の概要について説明する。

本発明において気相成長により薄膜を形成する。本発明において気相成長には、たとえば、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが挙げられるが、特に限定はされない。また、該薄膜の材料としては、アルミニウム、亜鉛、金、銀、プラチナ、ニッケルなどの金属類や、光学特性を有するＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂などの酸化物など一般に用いられるものを用いることができる。そして、これらの薄膜の材料を供給する供給源から気相成長により基板の表面に所望の厚みに堆積する。該薄膜の厚みは、特に限定されないが、１００〜１００００Åに設定することができる。

また、本発明における「パターン」とは、該基板が含まれる最終製品に基づいて適宜設定される所望のパターンであり、具体的な形態などは特に限定されない。たとえば、該基板を含む最終製品がタッチパネルである場合には、ソーダガラスからなる基板の表面にＩＴＯからなる電極等に必要な所望のパターンが選択される。

そして、本発明の気相成長においては、基板の表面に形成される薄膜の所望のパターンが形成されたマスクを用いる。該マスクは、薄膜の材料を供給する供給源と基板との間に配置され、パターンに応じて基板との相対位置を決定することができる。

本発明においては、気相成長において基板とマスクとの熱膨張係数の差に起因する所望のパターンのズレを解消するものである。つまり、基板の材料であるソーダガラスとマスクの材料である少なくともＦｅを含有する合金とに着目し、熱膨張係数を選択することにより、これまでにない基板の表面にパターンにズレがない薄膜を形成することができる。

また、本発明においては、該基板のみが昇温する条件より、該基板と該マスクとが昇温する条件で行なわれるとき特に効果を発揮することができる。

＜基板＞
本発明において基板は、熱膨張係数が８．０〜１０．０ｐｐｍ／℃であるソーダガラスからなる。本発明において熱膨張係数は、常温（１５℃）〜４００℃における値とする。常温（１５℃）〜４００℃における該熱膨張係数は、熱機械分析装置／ＣＮ８０９８Ｆ１（株式会社リガク社製）で測定した値を採用することができる。

本発明におけるソーダガラスとは、ケイ素原子、酸素原子からなる正四面体構造が連なったケイ酸イオン中にナトリウムイオン（Ｎａ⁺）、カルシウムイオン（Ｃａ²⁺）が入り込んだケイ酸塩の構造をとる広く汎用されているガラスを示すものとする。また、ソーダガラスには、ナトリウムイオン、カルシウムイオンのほかのイオン、不純物が含有しているものであっても良い。

なお、本発明において、基板の材料はソーダガラスであるため、該基板の熱膨張係数は８．０〜１０．０ｐｐｍ／℃となる。

たとえば、上述の熱膨張係数を有する、好ましいソーダガラスの組成としては以下のようなものを挙げることができる（単位は質量％）。
ＳｉＯ₂：７０〜７３
Ａｌ₂Ｏ₃：１〜２．０
Ｆｅ₂Ｏ₃：０．０８〜０．１４
ＣａＯ：７〜１２
ＭｇＯ：１〜４．５
Ｎａ₂ＯとＫ₂Ｏ：１３〜１５
Ｒ₂Ｏ：１２〜１５（Ｒ₂Ｏの数値は、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏの数値の巾値）。

また、本発明における基板の厚みは、特に限定されないが、０．４〜３．０ｍｍの範囲であることが好ましい。このとき、後述するマスクとの関係において、熱伝導性や、気相成長の条件等からパターンのズレが生じにくく好ましい。ただし、該基板の厚みはすべて一定の厚みでなくてもよく、たとえば、薄膜が形成される部分のみ該厚みが薄い、または、厚い等の設定をすることもできる。また、該基板の大きさ（面積）は、該基板を含む完成品に応じて適宜選択することができ、該基板の大きさに合わせて、後述するマスクの大きさも選択することができる。なお、ソーダガラスからなる基板は、公知の方法で適宜作製することができる。

＜マスク＞
本発明において、マスクは、熱膨張係数が９．０〜１２．５ｐｐｍ／℃である少なくともＦｅを含有する合金からなる。該熱膨張係数の値は、上述の方法で測定した値を採用することができる。また、マスクの寸法については、上述の基板の寸法に合わせて適宜選択することができるが、厚みは０．１〜０．３ｍｍであることが好ましく、その厚みはいずれの位置においても一定であることが好ましい。該厚みが０．１ｍｍ未満であると、マスクの強度不足の虞があり、該厚みが０．３ｍｍ超過であるとマスク価格高額化の虞があるからである。なお、マスクは、フレームのような支持体に固定されたものであってもよい。

また、本発明においては、基板の熱膨張係数とマスクの熱膨張係数との差が、３ｐｐｍ／℃以下であることが好ましく、１ｐｐｍ／℃以下にあることが特に好ましい。基板の熱膨張係数とマスクの熱膨張係数との差が３ｐｐｍ／℃以下の場合、後述する気相成長の際おいて、該基板と該マスクとが熱変性等しても変形量は、同程度となるため、薄膜のパターン形状のズレが小さくなり、パターン形成の精度が上がる。

そして、Ｎｉ合金系のマスクの材料は、ＦｅとＮｉとを含有し、かつ、Ｎｉを４５〜６０質量％含有する合金からなることが好ましく、Ｎｉを４５〜５２質量％含有する合金からなることが特に好ましい。本発明におけるＦｅとＮｉとを含む合金の具体例としては、熱膨張係数が９．４〜１０．４ｐｐｍ／℃である５０アロイ（日立金属株式会社製）や、熱膨張係数が９．５〜１０．５ｐｐｍ／℃である４７−６アロイ（日立金属株式会社製）などを挙げることができる。マスクの材料としてＦｅのほかに、Ｎｉを４５〜５２質量％含むことで熱膨張係数をソーダガラスに近付けることができ、同時に錆び難くすることができる。また、該Ｎｉ合金系のマスクは、磁石にくっつきやすいため、マスクと基板とを磁石で保持する際、ズレを生じさせにくくなる。

また、本発明においては、ステンレス系のマスクはＦｅを８０〜８９質量％含む合金が好ましい。Ｆｅが８０質量％未満の場合には、磁石にくっつきにくくなり、マスクと基板とを磁石で保持する際、ズレが大きくなる虞があり、８９質量％超過の場合には、マスクが錆び易くなる虞があるからである。なお、Ｆｅ自体の熱膨張係数は、１２程度であるが、合金とすることによって、適宜所望の熱膨張係数を設定することができる。

そして、ステンレス系のマスクの材料は、ＦｅとＣｒとを含有し、かつ、Ｃｒを１１〜２０質量％含有するフェライト系またはマルテンサイト系のステンレスからなることが好ましく、Ｃｒは１３〜１８質量％含有することが特に好ましい。なお、フェライト系およびマルテンサイト系についてはＪＩＳＧ０２０３の定義に従ったものとする。

ＦｅとＣｒとを含む本発明におけるステンレスの具体例としては、熱膨張係数が１０．４〜１１．９ｐｐｍ／℃であるＳＵＳ４３０（新日本製鉄株式会社製）、熱膨張係数が１０．３〜１２．２ｐｐｍ／℃であるＳＵＳ４２０（新日本製鉄株式会社製）、熱膨張係数が９．９〜１１．７ｐｐｍ／℃であるＳＵＳ４１０（新日本製鉄株式会社製）などを挙げることができる。マスクの材料としてＦｅのほかに、Ｃｒを１３〜１８質量％含むことで、熱膨張係数をソーダガラスに近付けることができ、磁石に付きやすいまま錆にくい効果を得ることができる。

＜気相成長＞
本発明において、気相成長には、たとえば公知のスパッタ装置を用いることができる。そして、たとえば、ＰＶＤを行なう際には、真空のチャンバ内に基板を設置して、薄膜の材料を供給する供給源から該材料の原子を基板の表面に衝突されることで薄膜を形成することができる。その際、該材料を原子とするために、高電圧をかけてイオン化させた希ガス元素や窒素等を衝突させるため、基板表面の温度およびマスクの表面の温度が上昇する。また、ＣＶＤを行なう場合にも同様に基板表面の温度およびマスクの表面の温度が上昇する。本発明においては、気相成長によってマスクおよび基板の表面温度が２００〜３００℃となったとき、特に該表面温度が２５０〜３００℃となったときに効果を発揮する。該効果としては、本発明における基板およびマスクの材料の組み合わせで気相成長を行なうことで、該基板の加熱による熱膨張と該マスクの加熱による熱膨張は同程度生じるため、パターンのズレが生じにくいとのことがあげられる。また、本発明の基板およびマスクの材料の組み合わせの上、厚みについても上述の範囲に設定することで、より、パターンのズレを生じにくくすることが可能となる。

本発明においては、特に、ソーダガラスとＳＵＳ４３０との組み合わせを選択することが好ましい。磁石にくっつきやすく、低価格で入手しやすい理由からである。

また、本発明においては、気相成長のなかでも特に、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法を用いるときに高い効果を示すことができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
本実施例においては、表面に所望のパターン形状の薄膜が形成された基板を含む静電容量方式タッチパネルを製造した。

まず、ソーダガラス（品名：ＵＦＦ、日本板硝子社製）からなる厚み０．５５ｍｍの基板にＩＴＯパターンとメタル配線、端子パターンを印刷、もしくはフォトリソプロセスにて形成した。そして、メタル配線部、ＩＴＯパターン上に保護膜を形成するために、ＳＵＳ４３０（新日本株式会社製）からなる厚み０．２５ｍｍのマスクを準備した。該マスクには、矩形状の開口パターンが形成されたものとした。

そして、該基板と該マスクとをスパッタ装置（型番：ＳＤＦ−５７０、ＵＬＶＡＣ社製）に設置し、薄膜の材料としてＳｉＯ₂を選択し、該材料を供給源から供給できるように設定した。

そして、該スパッタ装置を稼動し、該基板の表面のメタル配線部とＩＴＯパターン部に５００Åの保護膜としてＳｉＯ₂を形成し、静電容量方式タッチパネルを完成させた。

［比較例１］
上述の実施例１におけるマスクの材料に４２アロイを選択したことを除いて、全て実施例１と同様に操作し、静電容量方式タッチパネルを製造した。

＜検討結果＞
ガラスとマスクとを基準ピンで２辺合わせで位置合わせを実施し、磁石で保持した後、ＣＶＤにてＳｉＯ₂膜を形成する際、従来は基準ピンの対辺付近でのズレが４５０μｍ程度であったが、ＳＵＳ４３０マスクを使用した際、１３０μｍ程度に軽減できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

パターンが形成されたマスクを用いて、基板表面に前記パターン形状の薄膜を気相成長により形成する製膜方法であって、
前記基板は、熱膨張係数が８．０〜１０．０ｐｐｍ／℃であるソーダガラスからなり、
前記マスクは、熱膨張係数が９．０〜１２．５ｐｐｍ／℃である少なくともＦｅを含有する合金からなる製膜方法。
前記マスクは、ＦｅとＮｉとを含有し、かつ、Ｎｉを４５〜５２質量％含有する合金からなる請求項１に記載の製膜方法。
前記マスクは、ＦｅとＣｒとを含有し、かつ、Ｃｒを１３〜１８質量％含有する、フェライト系またはマルテンサイト系のステンレスからなる請求項１に記載の製膜方法。
前記マスクの熱膨張係数と前記基板の熱膨張係数との差が３ｐｐｍ／℃以下である請求項１〜３のいずれかに記載の製膜方法。
前記気相成長における前記マスクおよび前記基板の表面温度が２００〜３００℃となる請求項１〜４のいずれかに記載の製膜方法。