JP2010199402A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりよく高スループットで基板上にパターンを形成することができる成膜方法を提供する。
【解決手段】本発明の成膜方法は、基板の成膜面に、成膜材料の粒子に対して高い親和性を示す高親和性領域と、前記親和性領域よりも低い親和性を示す低親和性領域とを形成する工程と、前記基板との間に電子捕捉部を備えたスパッタ装置を用いて、前記成膜面に前記成膜材料の粒子を飛来させ、前記高親和性領域に選択的に前記成膜材料を堆積させる工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜方法及び成膜装置に関するものである。

従来、所定パターンの膜の形成には、樹脂を主成分とするマスクを用いたエッチング法が広く利用されている。具体的には、レジスト材料の塗布、露光・現像、エッチング、マスク（レジスト）除去・洗浄の手順が必要である。これらの工程には、時間と手間がかかるため、コストが高い、スループットが低い等の課題があった。

上記課題を解決するために、工程数が少なくて済む各種プロセスが提案されている。例えば、下記特許文献１には、基材表面に表面処理を施し、任意形状に撥液膜パターンを形成した後、蒸着法などにより成膜することでパターンを形成することが開示されている。

特開２００５−２１３５９８号公報

しかし、特許文献１記載の成膜方法では、成膜手段としてスパッタ法を用いると、表面処理により形成した薄膜（低親液性領域）が破壊される場合があり、実質的に真空蒸着法しか用いることができない。そのため、パーティクルの発生や生産能力の観点では未だ課題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、歩留まりよく高スループットで基板上にパターンを形成することができる成膜方法と成膜装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の成膜方法は、基板の成膜面に、成膜材料の粒子に対して高い親和性を示す高親和性領域と、前記親和性領域よりも低い親和性を示す低親和性領域とを形成する工程と、前記基板との間に電子捕捉部を備えたスパッタ装置を用いて、前記成膜面に前記成膜材料の粒子を飛来させ、前記高親和性領域に選択的に前記成膜材料を堆積させる工程と、を有することを特徴とする。

この成膜方法によれば、フォトリソグラフィー工程を用いることなく基板上に薄膜のパターンを形成することができ、低コストで成膜工程を実施することができる。
また、電子捕捉部を備えたスパッタ装置を用いるので、スパッタ装置のプラズマから放射される電子を電子捕捉部により捕捉又は反射させ、基板の成膜面に電子が到達しないようにすることができる。これにより、成膜面に形成された官能基や被膜などが電子放射により損傷してしまうのを防止できる。したがって、本発明によれば、従来は実質的に用いることができなかったスパッタ法により成膜を実施することができるので、蒸着法におけるパーティクルの問題やスループットの問題を解決することができる。

前記高親和性領域及び前記低親和性領域を形成する工程が、前記成膜面を表面処理することで前記成膜面に官能基を導入する工程と、前記成膜面上の官能基を部分的に除去することで前記成膜面に前記高親和性領域及び前記低親和性領域を形成する工程と、を有することが好ましい。
この成膜方法によれば、大がかりな装置を導入することなく、高スループットで低親和性領域及び高親和性領域を形成することができる。

前記成膜面上の官能基を部分的に除去する工程が、前記成膜面の一部にプラズマを照射する工程であることが好ましい。
この成膜方法によれば、フォトリソグラフィー工程を用いることなくスパッタ工程のマスクを形成することができる。

前記成膜面上の官能基を部分的に除去する工程が、前記成膜面の一部に光線を照射する工程であることも好ましい。
この成膜方法によれば、プラズマ照射によるマスク形成よりもさらに微細なマスクを形成することができる。

本発明の成膜装置は、基板の成膜面に官能基を導入する表面処理装置と、前記成膜面上の官能基を部分的に除去する表面制御装置と、電子捕捉部を備えたスパッタ装置と、を備えたことを特徴とする。

この成膜装置によれば、フォトリソグラフィー工程を用いることなく基板上に薄膜のパターンを形成することができ、低コストで成膜工程を実施することができる。
また、電子捕捉部を備えたスパッタ装置を用いるので、スパッタ装置のプラズマから放射される電子を電子捕捉部により捕捉又は反射させ、基板の成膜面に電子が到達しないようにすることができる。これにより、成膜面に形成された官能基や被膜などが電子放射により損傷してしまうのを防止できる。したがって、本発明によれば、従来は実質的に用いることができなかったスパッタ法により成膜を実施することができるので、蒸着法におけるパーティクルの問題やスループットの問題を解決することができる。

前記表面制御装置が、前記成膜面上で局所的にプラズマを発生させる局所プラズマ処理装置であることが好ましい。かかる成膜装置によれば、フォトリソグラフィー工程を用いることなくスパッタ工程のマスクを形成することができる。

前記表面制御装置が、前記成膜面に紫外線を照射する光照射装置であることが好ましい。
かかる成膜装置によれば、プラズマ照射によるマスク形成よりもさらに微細なマスクを形成することができる。

前記電子捕捉部が、ターゲットと前記基板との間に設けられた磁力発生手段であることが好ましい。
かかる成膜装置によれば、簡素な構成で電子捕捉部を構成でき、低コストで製造可能なスパッタ装置を備えた構成となる。

前記スパッタ装置が、互いに対向して配置された一対のターゲットを備えており、前記電子捕捉部が、一対の前記ターゲット間に設けられたプラズマ発生領域と前記基板との間に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、基板に対して入射角を規制されたスパッタ粒子を飛来させることができ、機能性を付与された薄膜を容易に形成することができる。さらに、電子捕捉部によってプラズマを良好に閉じこめることができ、プラズマから放射される電子による基板や官能基のダメージを抑えることができる。

前記表面処理装置が、気相法によりカップリング剤の被膜を形成する装置であることが好ましい。この構成によれば、基板上に比較的強固に結合したカップリング剤の被膜を形成することができる。

前記表面処理装置が、液相法によりカップリング剤の被膜を形成する装置であることも好ましい。この構成によれば、簡便な工程で多数の基板にカップリング剤を塗布することができる。

本発明の成膜方法を示すフローチャート。 本発明の成膜方法における基板の状態遷移を示す工程図。 本発明の成膜方法における基板の状態遷移を示す工程図。 本発明の成膜装置を示す図。 表面処理装置の複数の構成例を示す図。 表面制御装置の一例である局所プラズマ処理装置を示す図。 表面制御装置の一例である紫外線露光装置を示す図。 対向ターゲット型のスパッタ装置を示す図。 スパッタ装置を示す図。 電気光学装置の一例である電気泳動表示装置を示す図。 電子機器の一例である電子ペーパーを示す図である。

以下、図面を用いて本発明の成膜装置及び成膜方法について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。

図１は、本発明の一実施の形態である成膜方法を示すフローチャートである。図２は、図１に示す各工程における基板の状態を示す斜視図である。図３は、図２に対応する基板の断面図である。図４は、本発明の成膜方法の実施に好適な成膜装置の概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の成膜方法は、表面処理工程Ｓ１と、表面制御工程Ｓ２と、スパッタ成膜工程Ｓ３とを有する。また図４に示すように、本実施形態の成膜方法の実施に好適に用いることができる成膜装置１００は、表面処理装置１１０と、表面制御装置１２０と、スパッタ装置１３０とを備えている。

成膜装置１００は、処理対象の基板１０を、表面処理装置１１０（表面処理工程Ｓ１）、表面制御装置１２０（表面制御工程Ｓ２）、及びスパッタ装置１３０（スパッタ成膜工程Ｓ３）により順次処理に供することで、基板１０上に所望パターンの薄膜を形成する装置である。
以下、上記各工程について、それらの工程に好適に用いることができる処理装置とともに説明する。

（表面処理工程Ｓ１）
表面処理工程Ｓ１では、図２及び図３の（ａ）図に示す基板１０の表面に、図２及び図３の（ｂ）図に示すように表面修飾層１１を形成する。

［表面処理装置］
まず、表面処理工程Ｓ１で用いる表面処理装置１１０としては、例えば、図５（ａ）に示す熱ＣＶＤ装置１１０Ａ、又は図５（ｂ）に示すディップコート装置１１０Ｂを用いることができる。
なお、これらの装置は表面処理装置を例示するものであり、表面処理工程Ｓ１の目的に合致する範囲において装置構成は変更することができる。

図５（ａ）に示す熱ＣＶＤ装置１１０Ａは、真空チャンバー１１１と、材料供給源１１２と、真空ポンプ１１３と、加熱装置１１４とを備えている。
熱ＣＶＤ装置１１０Ａにより表面処理を実施するには、真空ポンプ１１３により所定圧力に制御された真空チャンバー１１１内に基板１０を配置する。そして、加熱装置１１４により真空チャンバー１１１内を所定温度に制御しながら、材料供給源１１５から成膜材料を供給する。これにより、基板１０上に成膜材料を付着させることができる。熱ＣＶＤ装置１１０Ａによれば、基板１０の表面に官能基を導入したり、被膜を形成することができる。

図５（ｂ）に示すディップコート装置１１０Ｂは、箱形の浸漬槽１１６と、浸漬槽１１６内に収容された処理液１１７とを備えている。
ディップコート装置１１０Ｂによれば、処理液１１７中に基板１０を浸漬した後、所定速度で基板１０を引き上げることで、基板１０の表面に官能基を導入したり、被膜を形成することができる。処理液１１７は、基板１０の表面に導入される官能基を有するカップリング剤の溶液や、被膜の構成成分を有する溶液である。

［表面処理方法］
基板１０はいかなる材料で構成されたものであってもよいが、例えば、石英ガラス、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、各種低誘電率材料（いわゆる、ｌｏｗ−Ｋ材）等の各種絶縁材料（誘電体）や、シリコン（例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン等）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム酸化物（ＩＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ等の導電性材料で構成されたものを用いることができる。また、基板１０は、これらの材料で構成された層を複数有する多層構成のものであってもよい。また、基板１０は、薄膜１３（図２（ｄ）参照）を形成した後、除去（分離）されるものであってもよく、薄膜１３と一体的に使用されるものであってもよい。

基板１０の成膜面１０ａ（図示上面）に表面修飾層１１を形成する方法としては、例えば、基板１０の成膜面１０ａに官能基を導入する方法、基板１０の成膜面に機能膜を形成する方法、基板１０の成膜面にイオン等を打ち込む方法等が挙げられる。
これらの中でも、特に、基板１０の成膜面１０ａに官能基を導入する方法を用いることが好ましい。かかる方法によれば、大掛かりな設備を必要とせず、容易かつ精度よく表面修飾層１１を形成することができる。

本実施形態の場合、表面修飾層１１は、撥液性の高い官能基を成膜面１０ａに導入することで形成される。高い撥液性を有する官能基としては、例えば、フルオロアルキル基、アルキル基、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基等が挙げられる。これらの官能基は、当該官能基を所定の主鎖に置換基として結合させたものを基板１０の成膜面１０ａに導入してもよく、場合によっては、これらの官能基自体を基板１０の成膜面１０ａに直接導入してもよい。

このような官能基を基板１０の成膜面１０ａに導入する方法としては、導入する官能基を有するカップリング剤または界面活性剤等による表面処理が好適である。かかる方法によれば、目的とする官能基を基板１０の成膜面１０ａに、容易かつ確実に導入することができる。

カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、有機リン酸カップリング剤、シリルパーオキサイドカップリング剤等を用いることができる。また、界面活性剤としては、例えば、導入する官能基を終端に有する各種界面活性剤等を用いることができる。

さらに詳しくは、カップリング剤としては、一般式Ｒ_ｎＳｉＸ_{（４−ｎ）}（但し、Ｘは、加水分解によりシラノール基を生成する加水分解基、Ｘはフルオロアルキル基である。また、ｎは１〜３の整数である。）で表されるシランカップリング剤を使用することが好ましい。かかるシランカップリング剤を用いることで、表面修飾層１１としてフルオロアルキル基を導入することができ、成膜面１０ａに撥液性を付与することができる。シランカップリング剤は、基板１０の成膜面１０ａに強固に結合させることができ、また、フルオロアルキル基は、撥液性が特に高いため、成膜面１０ａの親和性の程度を容易に制御することができる。

また、上記一般式において、Ｘとしてはメトキシ基、エトキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、Ｒとしては、（ＣＦ_３）（ＣＦ_２）_a（ＣＨ_２）_ｂ（但し、ａは０以上の整数、ｂは０〜４の整数である。）で表されるフルオロアルキル基等等が挙げられる。なお、複数個のＲ同士またはＸ同士は、互いに同じものであっても、異なるものであってもよい。シランカップリング剤の具体例としては、トリデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

カップリング剤や界面活性剤は、図５（ａ）に示す熱ＣＶＤ装置１１０Ａを用いた熱ＣＶＤ法、あるいは、図５（ｂ）に示すディップコート装置１１０Ｂを用いたディップコート法により、基板１０の成膜面１０ａに塗布ないし成膜することができる。
なお、カップリング剤や界面活性剤の塗布、成膜法は、上記の方法に限られるものではない。例えば、塗布法としては、ディップコート法のほか、スリットコート法やインクジェット法、オフセット印刷法やマイクロコンタクトプリント法などを用いることもできる。

以下、成膜面１０ａ上に表面修飾層１１を形成する方法について具体的に説明する。
まず、基板１０を、例えば、水（純水等）、有機溶媒等を単独または適宜組み合わせて洗浄する。基板１０としては、石英基板やガラス基板、プラスチック基板などの表面に水酸基を有するものや、表面に水酸基を導入可能なシリコン基板などが好適に用いられる。なお、基板１０の表面にシリコン酸化物膜などの水酸基を有する下地膜が形成されている場合には、基板１０の材質は特に限定されない。

次に、熱ＣＶＤ法又はディップコート法によりシランカップリング剤を基板１０の成膜面に成膜又は塗布する。
熱ＣＶＤ法を用いる場合には、図５（ａ）に示した材料供給源１１２にカップリング剤を配置し、基板１０を真空チャンバー１１１内に配置する。また、真空ポンプ１１３により真空チャンバー１１１内を所定圧力に制御するとともに、加熱装置１１４により真空チャンバー１１１内を所定温度に制御する。

そして、所定圧力、所定温度に制御された環境下で材料供給源１１２からカップリング剤の蒸気を真空チャンバー１１１内に導入する。すると、シランカップリング剤は、加水分解反応及び重縮合反応により、基板１０の成膜面１０ａに存在する水酸基とシロキサン結合を形成する。また、成膜面１０ａ上のシランカップリング剤同士もシロキサン結合を形成し、成膜面１０ａ上に単分子膜を形成する。これにより、フルオロアルキル基がシロキサン結合を介して成膜面１０ａ上に結合した表面修飾層１１が形成される。

一方、ディップコート法を用いる場合には、図５（ｂ）に示した浸漬槽１１６に、シランカップリング剤を含む処理液１１７を収容し、基板１０を処理液１１７に浸漬する。その後、基板１０を処理液１１７から所定速度で引き上げることで、シランカップリング剤を基板１０の成膜面１０ａに塗布する。
次に、例えば加熱することにより、シランカップリング剤の加水分解基を加水分解させ、生成したシラノール基と基板１０の成膜面１０ａに存在する水酸基とを反応させて、シロキサン結合を形成させる。これにより、フルオロアルキル基がシロキサン結合を介して基板１０の成膜面１０ａに結合した表面修飾層１１が形成される。

以上の工程により、基板１０の成膜面１０ａに表面修飾層１１が形成されたならば、表面処理工程Ｓ１を終了し、表面制御工程Ｓ２に移行する。

（表面制御工程Ｓ２）
次に、表面制御工程Ｓ２について、図２及び図３の（ｃ）図、並びに図６及び図７を参照しつつ説明する。
表面制御工程Ｓ２では、図２及び図３の（ｃ）図に示すように、表面修飾層１１の一部を除去することで、基板１０の成膜面１０ａに、低親和性領域１２ａと、高親和性領域１２ｂとを形成する。

［表面制御装置］
まず、表面制御工程Ｓ２において好適に用いられる表面制御装置１２０について、図６及び図７を参照して説明する。表面制御工程Ｓ２では、図６に示す局所プラズマ処理装置１２０Ａ、又は図７に示す紫外線露光装置１２０Ｂを用いることができる。
なお、図６及び図７は、本発明の表面制御装置を例示するものであり、表面制御工程Ｓ２の目的に合致する処理装置であれば任意のものを用いることができる。

図６に示す局所プラズマ処理装置１２０Ａは、対向する電極間に電圧を印加することによって電極間にプラズマを発生させ、電極間に発生したプラズマ中に基板を配置させて基板をプラズマに曝露させるダイレクトプラズマ方式のプラズマ処理装置である。

局所プラズマ処理装置１２０Ａは、基板１０に処理ガスを噴出するノズル２０５を有する装置本体２１１を備えている。
装置本体２１１は、基板１０を介して互いに対向して設けられた上部電極２０２および下部電極２０３と、一対の電極間に処理ガスを噴出するノズル２０５と、処理ガスをノズル２０５に供給する処理ガス供給流路２０６と、上部電極２０２および下部電極２０３間に電圧を印加する高周波電源（電源）２７２を備えた電源回路２０７と、プラズマ生成のための処理ガスを供給するガス供給部２０８とを備えている。

局所プラズマ処理装置１２０Ａは、上部電極２０２および下部電極２０３間に処理ガスを供給しつつ、電圧を印加することにより、処理ガスを活性化してプラズマを生成させ、このプラズマにより基板１０の成膜面１０ａをプラズマ処理してエッチング加工する装置である。

装置本体２１１は、プラスチックやセラミックスなどの誘電体材料で構成された四角柱状の筐体２０４を備えている。筐体２０４の内部には凹部２４１が形成されている。筐体２０４の図示下端側には厚肉部２０４ａが形成され、厚肉部２０４ａによって凹部２４１の図示下端側における内径が狭められている。上部電極２０２は、凹部２４１の内部形状に対応する外形状を有して形成され、凹部２４１内に収容されている。

上部電極２０２の図示上端部には導線２７１を介して高周波電源２７２が接続されている。また、上部電極２０２の図示上端部において、上部電極２０２の内部に設けられた処理ガス供給路２０６とガス供給部２０８とが接続されている。

処理ガス供給路２０６の図示下端は、筐体２０４の底部を貫通して形成されたノズル２０５に接続されている。ノズル２０５は、筐体２０４の下面２４２の中心で基板１０に面して開口されており、かかるノズル２０５を介して、上部電極２０２と下部電極２０３との間の空間（プラズマ発生領域２３０）の中心に処理ガスが噴出される。

ノズル２０５の周囲には、吸引孔２４５が形成されている。吸引孔２４５は、下面２４２においてノズル２０５の開口端を取り囲む円環状に形成されており、筐体２０４の下部から上部へ徐々に径が広がるラッパ状の流路である。吸引孔２４５は、例えばポンプなどの吸引機構２４６に接続されており、吸引孔２４５を介してプラズマ発生領域２３０の処理ガス等が吸引される。

誘電体部２０４と基板１０とは、所定間隔で離間して配置される。これらの間隔は、電源回路２０７の出力や、基板１０に施すプラズマ処理の種類等を考慮して適宜設定される。常圧でプラズマ処理する場合、インピーダンス、ガス流量、ガス放電寿命、ガス圧力等より０．１〜１０ｍｍであるのがより好ましい。これにより、アーク放電を起こすことなく、プラズマ発生領域２３０に電界を確実に発生させることができる。

下部電極２０３は、接地電極としての機能を有する電極であり、導線２７１を介して直接接地されている。これにより、下部電極２０３の帯電を防止することができ、プラズマ発生領域２３０に確実に電界を発生させることができる。本実施形態の場合、下部電極２０３上に基板１０が直接載置されており、下部電極２０３が基板１０の支持部としても機能する。

なお、下部電極２０３は、筐体２０４に対して相対移動可能に構成されている。すなわち、基板１０が筐体４（上部電極２０２）に対して相対移動可能に構成されている。これにより、成膜面１０ａの任意の位置にプラズマ発生領域２３０を配置し、当該位置をエッチング加工することで、成膜面１０ａに所望の加工パターンを形成することができる。

電源回路２０７は、上部電極２０２及び下部電極２０３と接続された高周波電源２７２を備えている。高周波電源２７２は、上位装置の制御のもと、供給する電力の大きさを可変し得る。また、図示されていないが、供給する電力に対する整合回路や、高周波電源２７２の周波数を変える周波数調整機構や、高周波電源２７２の印加電圧の最大値（振幅）を変える電圧調整装置などが必要に応じて設置されている。高周波電源２７２の周波数は特に限定されないが、好ましくは１０〜７０ＭＨｚの範囲であり、より好ましくは１０〜４０ＭＨｚの範囲である。

ガス供給部２０８は、所定のガスを充填し供給するガスボンベ２８１と、ガスボンベ２８１から供給されるガスの流量を調整するマスフローコントローラー２８２と、処理ガスの流路を開閉するバルブ２８３とを備えている。ガス供給部２０８は、バルブ２８３から延びる処理ガス管２８４を介して処理ガス供給流路２０６と接続されている。

以上の構成を備えた局所プラズマ処理装置１２０Ａによるプラズマ処理を行うには、下部電極２０３上に基板１０を載置し、基板１０とノズル２０５とを対向させる。そして、ノズル２０５から処理ガスを供給しつつ、高周波電源２７２により上部電極２０２と下部電極２０３との間に電圧を印加する。これにより、下部電極２０３と上部電極２０２との間に形成される電界によって処理ガスが励起され、プラズマ発生領域２３０にプラズマが発生する。そして、発生させたプラズマにより基板１０の成膜面１０ａに対して所望のエッチング処理を施すことができる。

プラズマ処理に用いる処理ガスは、被加工物の態様に応じて適宜選択することができる。本実施形態の場合、表面修飾層１１の部分除去に用いられるため、酸素ガスを用いることが好ましい。その他、カップリング剤や界面活性剤を分解除去できるガスであれば任意のものを用いることができる。また処理ガスは、エッチング用ガスとキャリアガスとからなる混合ガスとしてもよい。キャリアガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガスを好適に用いることができる。

次に、図７に示す紫外線露光装置１２０Ｂは、紫外線照射部２９１と、マスク２９２とを備えている。紫外線照射部２９１は、その光射出部２９１ａを基板１０に向けた状態で配置され、マスク２９２は、基板１０と光射出部２９１ａとの間に配置される。
紫外線露光装置１２０Ｂでは、紫外線照射部２９１から紫外線を射出し、マスク２９２の開口部２９２ａを介して基板１０の成膜面１０ａに照射する。これにより、基板１０の成膜面１０ａに形成されている表面修飾層１１の部分除去を実施することができる。

なお、紫外線露光装置１２０Ｂによれば、マスク２９２のパターンを狭ピッチ化することで、基板１０の成膜面１０ａに形成される紫外線の照射パターンを容易に微細化することができる。したがって、表面制御工程Ｓ２では、表面修飾層１１を除去するパターンのピッチに応じて、局所プラズマ処理装置１２０Ａと紫外線露光装置１２０Ｂとを使い分けることが好ましい。

［表面制御方法］
本実施形態の表面制御工程Ｓ２では、上述した局所プラズマ処理装置１２０Ａ又は紫外線露光装置１２０Ｂを用いて、表面修飾層１１を部分的に除去する。
局所プラズマ処理装置１２０Ａを用いた表面制御工程Ｓ２では、基板１０の成膜面１０ａにプラズマを照射した状態で、装置本体２１１又は下部電極２０３を移動させることで、基板１０の成膜面１０ａ上でプラズマ発生領域２３０を走査する。これにより、プラズマ発生領域２３０の移動軌跡に応じたパターンで表面修飾層１１が部分的に除去される。
その結果、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、表面修飾層１１が残された領域である低親和性領域１２ａと、表面修飾層１１が除去された領域である高親和性領域１２ｂとが成膜面１０ａ上に形成される。

一方、紫外線露光装置１２０Ｂを用いる場合には、図２（ｃ）に示した高親和性領域１２ｂに対応する平面形状の開口部２９２ａを有するマスク２９２を用い、かかるマスク２９２を介して表面修飾層１１に紫外線を照射する。これにより、紫外線を照射された部分のシランカップリング剤が分解除去される。その結果、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、表面修飾層１１が残された領域である低親和性領域１２ａと、表面修飾層１１が除去された領域である高親和性領域１２ｂとが成膜面１０ａ上に形成される。

以上の表面制御工程Ｓ２により、基板１０の成膜面１０ａ上に、成膜材料の粒子に対して親和性が高い高親和性領域１２ｂと、上記粒子に対する親和性が高親和性領域１２ｂよりも低い低親和性領域１２ａとが形成される。このうち、高親和性領域１２ｂは、次のスパッタ成膜工程Ｓ３において、薄膜１３が選択的に形成される膜形成領域であり、形成すべき薄膜１３に対応したパターンに形成される。なお、「成膜材料の粒子に対する親和性」とは、各領域１２ａ、１２ｂに対する粒子又はその集合物（クラスタ）の付着のし易さを意味する。

上記の低親和性領域１２ａ及び高親和性領域１２ｂを成膜面１０ａに形成したならば、表面制御工程Ｓ２を終了し、スパッタ成膜工程Ｓ３に移行する。

（スパッタ成膜工程Ｓ３）
次に、スパッタ成膜工程Ｓ３について、図２及び図３の（ｄ）図、並びに、図８及び図９を参照しつつ説明する。
スパッタ成膜工程Ｓ３では、図２及び図３の（ｄ）図に示すように、表面修飾層１１が除去されて形成された高親和性領域１２ｂに、選択的にスパッタ粒子を付着させ、高親和性領域１２ｂに対応するパターンの薄膜１３を形成する。

［スパッタ装置］
まず、スパッタ成膜工程Ｓ３において好適に用いられるスパッタ装置１３０について、図８及び図９を参照して説明する。スパッタ成膜工程Ｓ３では、図８に示す対向ターゲット型のスパッタ装置１３０Ａを好適に用いることができ、図９に示すスパッタ装置１３０Ｂを用いることもできる。
なお、図８及び図９に示すスパッタ装置は例示であり、スパッタ成膜工程Ｓ３の目的に合致するスパッタ装置であれば、任意のスパッタ装置を用いることができる。

まず、図８に示すスパッタ装置１３０Ａは、基板１０上にスパッタ法により薄膜を形成する装置であり、基板１０を収容する真空チャンバーである成膜室３０２と、基板１０の成膜面にスパッタ粒子を供給する装置本体３０３とを備えている。

スパッタ装置１３０Ａは２系統のガス供給手段を備えている。第１のガス供給手段３２１は装置本体３０３に設けられており、プラズマ発生領域に放電用のアルゴンガス（第１のスパッタガス）を供給する。
一方、第２のガス供給手段３２２は成膜室３０２に設けられており、第２のスパッタガスとしての反応ガスを成膜室３０２内に供給する。第２のガス供給手段３２２は、基板１０上に飛来するスパッタ粒子と反応ガスを反応させて化合物薄膜を形成する場合に用いられる。

成膜室３０２内には、基板１０をその成膜面が水平（ＸＹ面に平行）になるようにして保持する基板ホルダー３０６が設けられている。基板ホルダー３０６には、基板ホルダー３０６を成膜室３０２内で水平に搬送する搬送手段３０６ａが接続されている。
なお、基板ホルダー３０６には、保持した基板１０を加熱する加熱手段や基板１０を冷却する冷却手段が設けられていてもよい。

成膜室３０２には、その内部圧力を制御し、所望の真空度を得るための排気装置３２０が配管３２０ａを介して接続されている。また、成膜室３０２の図示下側の壁面から外側に突出するようにして、装置本体３０３との接続部である装置接続部３２５が設けられている。
装置接続部３２５は、成膜室３０２内部に収容される基板１０の成膜面法線方向（図示Ｚ軸方向）と所定の角度（θ１）を成して斜め方向に延びて形成されているが、この構成に限定されない。すなわち、装置接続部３２５は任意の角度に設定することができ、その先端部に接続される装置本体３０３を基板１０に対して任意の角度で配置することが可能である。例えば、装置本体３０３を基板１０の成膜面法線方向（Ｚ軸方向）と平行に配置してもよい。

第２のガス供給手段３２２は、排気装置３２０と装置接続部３２５を挟んだ反対側に接続されている。第２のガス供給手段３２２から供給される反応ガスは、矢印２２ｆで示すように、成膜室３０２の一端部側から基板１０上を経由して排気装置２０に向かって流通する。

装置本体３０３は、２枚のターゲット３０５ａ、３０５ｂを対向配置してなる対向ターゲット型のスパッタ装置であり、第１のターゲット３０５ａは略平板状の第１電極３０９ａに装着され、第２のターゲット３０５ｂは略平板状の第２電極３０９ｂに装着されている。ターゲット３０５ａ、３０５ｂは、互いの対向面がほぼ平行になるように設置されている。

第１電極３０９ａには直流電源又は高周波電源からなる電源３０４ａが接続され、第２電極３０９ｂには直流電源又は高周波電源からなる電源３０４ｂが接続されている。電源３０４ａ、３０４ｂから供給される電力によりターゲット３０５ａ、３０５ｂが対向する空間（プラズマ発生領域）にプラズマＰｚを発生させる。

装置本体３０３には、プラズマＰｚから放射される電子を捕捉する電子捕捉部３１６が設けられている。電子捕捉部３１６は、第１電極３０９ａ側に設けられた第１の磁力発生手段３１６ａと、第２電極３０９ｂ側に設けられた第２の磁力発生手段３１６ｂとを備えている。

第１の磁力発生手段３１６ａは、平面視矩形状の第１のターゲット３０５ａを取り囲む矩形枠状であり、第１電極３０９ａの第１のターゲット３０５ａと反対側の面に設けられている。第２の磁力発生手段３１６ｂは、第２のターゲット３０５ｂを取り囲む矩形枠状であり、第２電極３０９ｂの第２のターゲット３０５ｂと反対側の面に設けられている。第１及び第２の磁力発生手段３１６ａ、３１６ｂは、永久磁石、電磁石、これらを組み合わせた磁石等からなり、協働してプラズマＰｚを取り囲む磁界を装置本体３０３内部に形成する。

ターゲット３０５ａ、３０５ｂに挟まれるプラズマ生成領域に対して成膜室３０２と反対側に配置された側壁部材３１９に、第１のガス供給手段３２１が接続されている。第１のガス供給手段３２１から供給されるアルゴンガスは、側壁部材３１９側からプラズマ生成領域（ターゲット対向領域）に流入し、装置接続部３２５を介して成膜室３０２内に流入する。成膜室３０２に流入したアルゴンガスは、矢印３２１ｆで示すように、第２のガス供給手段３２２から供給されて矢印３２２ｆに沿って流通する反応ガスと合流し、基板１０上を経由して排気装置３２０側へ流れる。

スパッタ装置１３０Ａにより基板１０上に薄膜を形成するには、少なくとも第１のガス供給手段３２１からアルゴンガスを導入しつつ、第１電極３０９ａ及び第２電極３０９ｂにＤＣ電力（あるいはＲＦ電力）を供給することで、ターゲット３０５ａ、３０５ｂに挟まれる空間にプラズマＰｚを発生させる。
プラズマＰｚによりターゲット３０５ａ、３０５ｂからたたき出されたスパッタ粒子３０５ｐは、プラズマＰｚから装置本体３０３の開口部３０３ａ側へ飛行するスパッタ粒子３０５ｐのみが選択的に成膜室３０２側へ放出される。そして、放出されたスパッタ粒子３０５ｐが、基板ホルダー３０６により搬送される基板１０の成膜面上に付着することで、薄膜１３が形成される。

スパッタ装置１３０Ａは、ターゲット３０５ａ、３０５ｂを取り囲む矩形枠状の磁力発生手段３１６ａ、３１６ｂからなる電子捕捉部３１６を備えている。これにより、電子捕捉部３１６により形成される磁界によって、プラズマＰｚに含まれる電子３０５ｅを捕捉ないし反射させることができる。したがってスパッタ装置１３０Ａによれば、基板１０上に電子が放射されないダメージレススパッタによる成膜が可能である。

次に、図９に示すスパッタ装置１３０Ｂは、真空チャンバー３３０と、真空チャンバー３３０の天井壁内面に設けられた電極３３１と、電極３３１に装着されたターゲット３３２と、真空チャンバー３３０の側壁内面に設けられた電子捕捉部３３４と、真空チャンバー３３０の底壁内面に設けられた支持部３３５と、真空チャンバー３３０に接続された排気装置３３６とを備えている。

スパッタ装置１３０Ｂでは、支持部３３５に基板１０を支持した状態で電極３３１に直流又は高周波電力を供給し、プラズマ発生領域３３３にプラズマを発生させる。これにより、プラズマによりターゲット３３２からたたき出されたスパッタ粒子を、基板１０の成膜面１０ａ上に堆積させることができる。このとき、スパッタ装置１３０Ｂにも電子捕捉部３３４が設けられているので、スパッタ粒子とともにプラズマから放射される電子が、電子捕捉部３３４により形成される磁界により捕捉又は反射され、基板１０には到達しない。したがって、スパッタ装置１３０Ｂにおいても、ダメージレススパッタによる成膜が可能である。

［スパッタ成膜方法］
本実施形態のスパッタ成膜工程Ｓ３では、図２及び図３の（ｄ）図に示すように、上述したスパッタ装置１３０Ａ又は１３０Ｂを用いて、基板１０の成膜面１０ａ上に薄膜１３を形成する。スパッタ成膜工程Ｓ３は、いずれのスパッタ装置を用いた場合でもほぼ同様であるから、以下ではスパッタ装置１３０Ａを用いた場合についてのみ説明する。

スパッタ装置１３０Ａを用いたスパッタ成膜工程Ｓ３では、装置本体３０３において第１のガス供給手段３２１から例えばアルゴンガスを供給しつつ、第１及び第２電極３０９ａ、３０９ｂに電力を供給することで、プラズマＰｚを発生させる。そして、基板ホルダー３０６に支持された基板１０を図８のＸ軸方向に移動させながら、装置本体３０３からスパッタ粒子３０５ｐを基板１０の成膜面１０ａ上に飛来させる。

ここで、本発明では基板１０の成膜面１０ａに形成された高親和性領域１２ｂと低親和性領域１２ａとのスパッタ粒子３０５ｐに対する親和性の違いを利用して、スパッタ粒子３０５ｐを高親和性領域１２ｂに選択的に付着させる。

すなわち、高親和性領域１２ｂに飛来したスパッタ粒子３０５ｐは、かかる領域の表面との親和性が高いため、そのまま高親和性領域１２ｂに付着するか、または先に付着したスパッタ粒子３０５ｐと凝集する。
一方、低親和性領域１２ａに飛来したスパッタ粒子３０５ｐは、かかる領域の表面との親和性が低いため、低親和性領域１２ａに付着することなく動き回る（表面拡散運動する）。このような動き回るスパッタ粒子３０５ｐは、粒子単体又は互いに融合した状態（クラスタ状態）で高親和性領域１２ｂに到達したときに、高親和性領域１２ｂに付着するか、または先に付着したスパッタ粒子３０５ｐと凝集する。

このように本発明では、成膜材料のスパッタ粒子３０５ｐが高親和性領域１２ｂにおいて凝集し、これを核として、薄膜１３の形成が促進される。その結果、図２及び図３の（ｄ）図に示すように、パターン形成された高親和性領域１２ｂに対応するパターンの薄膜１３が形成される。
なお、スパッタ成膜工程Ｓ３では、スパッタ成膜に際して基板１０を加熱することが好ましい。これにより、低親和性領域１２ａにおけるスパッタ粒子３０５ｐの運動性を向上させることができ、その結果、薄膜１３をより高い選択性をもって高親和性領域１２ｂに形成することができる。

以上に説明した工程Ｓ１〜Ｓ３により、図２及び図３の（ｄ）図に示す所定パターンの薄膜１３を基板１０上に形成することができる。
本実施形態の成膜方法によれば、フォトリソグラフィー工程を用いることなく所望パターンの薄膜１３を形成することができる。したがって、薄膜１３のパターン形成プロセスを低コスト化することができる。

また、本実施形態の成膜方法では、薄膜１３の成膜装置として、電子捕捉部３１６を備えたスパッタ装置１３０Ａ又は電子捕捉部３３４を備えたスパッタ装置１３０Ｂを用いている。これにより、基板１０上に形成した表面修飾層１１（低親和性領域１２ａ）がプラズマから放射される電子により破壊されるのを防止することができる。したがって、従来は実質的に用いることができなかったスパッタ法による成膜を可能にし、高スループットで薄膜１３を成膜することが可能になった。

また本実施形態の成膜方法では、上記によりスパッタ法による成膜を可能にしたことで、蒸着法におけるパーティクル発生の問題も解決することができる。
スパッタ法によってターゲットから放出されるスパッタ粒子の持つエネルギーは例えば１０ｅＶであり、蒸着法によって蒸着源から発生するクラスター状粒子の持つエネルギーが例えば０．１ｅＶであるのに比べて格段に大きい。そのため、スパッタ粒子は蒸着法によるクラスター状粒子に比べて密着性が高いものとなる。すなわち、クラスター状粒子の場合、例えば成膜室３０２や装置接続部３２５の内壁面に付着した粒子が振動等によって脱落し、発塵を起こしてこれが基板１０上に異物となって付着してしまうおそれがあるが、スパッタ粒子の場合には、内壁面などに一旦付着すると、その高密着性によって容易には脱落せず、従ってこれが基板１０上に異物となって付着してしまうといった不都合を回避することができる。

また、スパッタ法では、蒸着法やイオンビームスパッタ法に比べて低い圧力で成膜を行うことができ、真空ポンプ等の排気装置に関する負担を軽減することができる。さらに、蒸着法に比べて低い圧力で成膜を行うことから、成膜材料の平均自由行程が短くなり、成膜室３０２を小型化することができ、装置に関する負担も軽減することができる。

さらに、スパッタ装置１３０Ａ、１３０Ｂは、インライン方式で複数のカソード（装置本体３０３、電極３３１）を配置した構成を容易に構築することができる。このようなスパッタ装置を用いることで、薄膜１３の積層が連続成膜で実現可能になり、さらなるスループット向上、及び装置コスト低減が図れる。

以上に説明した本発明の成膜方法及び成膜装置は、汎用的な成膜技術に属し、従来は印刷工程やフォトリソグラフィー工程を用いて形成していた種々のパターン形成工程に置き換えて用いることができる。

なお、本実施形態では、表面処理工程Ｓ１において基板１０の成膜面１０ａ全体に表面修飾層１１を形成し、その後の表面制御工程Ｓ２において表面修飾層１１を部分的に除去することで、低親和性領域１２ａと高親和性領域１２ｂとを形成する場合について説明したが、例えばインクジェット法等の印刷法を用いることで、表面修飾層１１を予めパターン形成してもよい。

また、本実施形態では、表面修飾層１１を除去した領域を高親和性領域１２ｂとしたが、表面修飾層１１を除去した領域に、成膜材料の粒子に対して高い親和性を示す官能基を導入してもよい。このような官能基としては、水酸基、アミノ基、カルボキシル基等を挙げることができる。

（電気光学装置及び電子機器）
次に、製造工程において本発明の成膜方法を好適に用いることができる電気光学装置及び電子機器の構成について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０は、本発明の成膜方法を用いて製造される電気光学装置の一例である電気泳動表示装置５００を示す図である。図１０（ａ）は、電気泳動表示装置５００に備えられた画素５０１の回路部分を示す平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う位置における電気泳動表示装置５００の断面図である。

電気泳動表示装置５００は、図１０（ｂ）に示すように、一面側に有機トランジスタ５０５が形成された素子基板５２１と、対向基板５２６との間に、複数のマイクロカプセル５５０を平面配列してなる電気泳動素子５２５を挟持した構成を備えている。

電気泳動表示装置５００の画素５０１には、図１０（ａ）に示すように、画素電極５０２と、走査線５０３と、データ線５０４と、走査線５０３とデータ線５０４との交差部に対応して形成された有機トランジスタ５０５とが形成されている。
有機トランジスタ５０５は、有機半導体層５１０と、データ線５０４を分岐して形成されたソース電極５０６と、ドレイン電極５０７と、走査線５０３から分岐して形成されたゲート電極５１１と、を有する。有機半導体層５１０は、ソース電極５０６とドレイン電極５０７にわたって形成されており、ゲート電極５１１は、ソース電極５０６とドレイン電極５０７との間の領域の有機半導体層５１０上に形成されている。

図１０（ｂ）に示す断面構造を見ると、素子基板５２１上に、ソース電極５０６（データ線５０４）と、ドレイン電極５０７とが形成されており、ソース電極５０６とドレイン電極５０７との間に、これらの電極５０６，５０７に一部乗り上げるようにして有機半導体層５１０が形成されている。ソース電極５０６及びドレイン電極５０７並びに有機半導体層５１０を覆って、ゲート絶縁層５２２が形成されている。ゲート絶縁層５２２上の有機半導体層５１０と対向する位置にゲート電極５１１（走査線５０３）が形成されている。走査線５０３を覆うように、ゲート絶縁層５２２上に平坦化層５２３が形成されている。平坦化層５２３上には、画素電極５０２が形成されている。平坦化層５２３とゲート絶縁層５２２とを貫通してドレイン電極５０７に達するコンタクトホール５２７が形成されており、かかるコンタクトホール５２７を介して画素電極５０２とドレイン電極５０７とが接続されている。

一方、対向基板５２６の電気泳動素子５２５側には、共通電極５２８が形成されている。共通電極５２８上に電気泳動素子５２５が形成されている。そして、電気泳動素子５２５と、素子基板５２１とは、画素電極５０２及び平坦化層５２３を覆って形成された接着剤層５２４を介して接着されている。

以上の構成を備えた電気泳動表示装置５００は、スイッチング素子として有機トランジスタを備えており、素子基板５２１及び対向基板５２６にプラスチック基板やフィルム基板を用いることで可撓性の電子ペーパーを構成できるものである。
なお、電子ペーパーは、例えば図１１に示すようなものである。電子ペーパー１０００は、上記の電気泳動表示装置５００を表示領域１００１に備え、可撓性を有し、従来の紙と同様の質感及び柔軟性を有する書き換え可能なシートからなる本体１００２を備えて構成されている。

かかる構成の電気泳動表示装置５００では、素子基板５２１や対向基板５２６にプラスチック基板などの耐熱性の低い基板が用いられ、また半導体層にも耐熱性の低い有機半導体層５１０が用いられる。したがって、電気泳動表示装置５００の製造に際しては、低温プロセスが可能であり、溶剤などの使用を避けた成膜方法を用いることが好ましい。そこで、本発明の成膜方法をかかる電気泳動表示装置５００の製造に用いるならば、上記の要請を十分に満たすことができ、低コストで歩留まりよく電気泳動表示装置５００を製造することができる。

より詳細には、例えばソース電極５０６（データ線５０４）及びドレイン電極５０７の形成に本発明の成膜方法を用いることで、耐熱性の低いプラスチック基板やフィルム基板を損傷することなく配線や電極のパターンを形成することができる。また、フォトリソグラフィー工程を用いないことから溶剤の使用を避けることができ、溶剤によるプラスチック基板やフィルム基板の損傷も回避することができる。また、ゲート電極５１１（走査線５０３）の形成工程に本発明の成膜方法を用いるならば、ゲート絶縁層５２２の下層に形成された有機半導体層５１０の熱や溶剤による劣化を回避することができる。

Ｓ１ 表面処理工程、Ｓ２ 表面制御工程、Ｓ３ スパッタ成膜工程、１０ 基板、１０ａ 成膜面、１１ 表面修飾層、１２ａ 低親和性領域、１２ｂ 高親和性領域、１３ 薄膜、１００ 成膜装置、１１０ 表面処理装置、１２０ 表面制御装置、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ スパッタ装置、１１０Ａ 熱ＣＶＤ装置、１１０Ｂ ディップコート装置、１２０Ａ 局所プラズマ処理装置、１２０Ｂ 紫外線露光装置

Claims (11)

1. 基板の成膜面に、成膜材料の粒子に対して高い親和性を示す高親和性領域と、前記親和性領域よりも低い親和性を示す低親和性領域とを形成する工程と、
   前記基板との間に電子捕捉部を備えたスパッタ装置を用いて、前記成膜面に前記成膜材料の粒子を飛来させ、前記高親和性領域に選択的に前記成膜材料を堆積させる工程と、
   を有することを特徴とする成膜方法。
2. 前記高親和性領域及び前記低親和性領域を形成する工程が、
   前記成膜面を表面処理することで前記成膜面に官能基を導入する工程と、前記成膜面上の官能基を部分的に除去することで前記成膜面に前記高親和性領域及び前記低親和性領域を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記成膜面上の官能基を部分的に除去する工程が、前記成膜面の一部にプラズマを照射する工程であることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
4. 前記成膜面上の官能基を部分的に除去する工程が、前記成膜面の一部に光線を照射する工程であることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
5. 基板の成膜面に官能基を導入する表面処理装置と、
   前記成膜面上の官能基を部分的に除去する表面制御装置と、
   電子捕捉部を備えたスパッタ装置と、
   を備えたことを特徴とする成膜装置。
6. 前記表面制御装置が、前記成膜面上で局所的にプラズマを発生させる局所プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記表面制御装置が、前記成膜面に紫外線を照射する光照射装置であることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
8. 前記電子捕捉部が、ターゲットと前記基板との間に設けられた磁力発生手段であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の成膜装置。
9. 前記スパッタ装置が、互いに対向して配置された一対のターゲットを備えており、前記電子捕捉部が、一対の前記ターゲット間に設けられたプラズマ発生領域と前記基板との間に設けられていることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 前記表面処理装置が、気相法によりカップリング剤の被膜を形成する装置であることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の成膜装置。
11. 前記表面処理装置が、液相法によりカップリング剤の被膜を形成する装置であることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の成膜装置。

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