JP2014065964A - 成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法 - Google Patents

成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な方法で被成膜対象を選択的に加熱し、耐熱温度の低い非被成膜対象の耐熱温度より高い温度で成膜を行う。
【解決手段】耐熱温度が異なる複数の部材から構成されるデバイスの、前記複数の部材の中で耐熱温度の高い部材への成膜に用いられる成膜用治具100において、成膜用治具100は、デバイスを保持する保持部材102と、デバイスの非成膜部分をマスクするマスク部材104とからなり、保持部材102のデバイスの被成膜部材と接触する部分は、被成膜部材の面に倣って形成されており、保持部材102およびマスク部材104の非成膜部分と接する部分は、突起物108、112が形成されている成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法である。
【選択図】図3

Description

本発明は、成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法に係り、特に、耐熱温度の異なる複数の部材からなる被成膜物に成膜する際に用いられる成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法に関する。
フレキシブルプリント基板(FPC)などの耐熱温度の低い材料を含むデバイスに成膜を行う場合、耐熱温度の高い箇所に成膜する場合においても、成膜温度は耐熱温度の低い材料に合わせて設定する必要がある。さらに、材料からの脱ガスなどがある場合には、成膜時のコンタミ(コンタミネーション)の原因となるため、脱ガスが発生する温度より低い温度で成膜を行う必要がある。特に化学気相蒸着法(CVD)などのガスを利用する成膜法の場合にこの影響が顕著である。そのため、本来成膜温度を高くしなければ性能が得られない材料の場合には、耐熱温度の低い材料を含むデバイスに成膜することは困難であった。
例えば、下記の特許文献1には、光CVD装置において、成膜材料のマスクパターンへの付着を低減するために、マスク本体に成膜用ガスの付着を抑制する温度(100℃)に保持するための熱線を備えることが記載されている。下記の特許文献2には、アノード電極に配置された、加熱器と加熱器と並んで延設される冷却管とにより、被処理物の温度を均一にすることが記載されている。これにより、所定の領域に温度差を設けることができる。
また、下記の特許文献3には、基板表面の一部にレーザー光を照射、または、強光、エネルギービームを照射することで、温度を部分的に変化させて成膜を行う方法が記載されている。また、電流を流す、誘導電流により加熱する方法も記載されている。
特開2012−15163号公報 特開2012−82504号公報 特開平8−288286号公報
このように、特許文献1〜3は、基板やマスクの温度を制御する方法が記載されており、これらの方法を用いれば、被成膜対象を選択的に加熱することで、耐熱温度の低い非被成膜対象よりも、高い温度で被成膜対象に成膜することが可能である。しかしながら、これらの方法は、全て外部から熱を供給したり、冷却溶媒を供給することで、温度制御を行っている。このような場合には、装置の構成が複雑になり、コストが高くなるという問題があった。また、特許文献3においては、レーザー光線を用いて成膜を行っており、細かいパターンで成膜を行うことは可能であるが、大面積にパターニングするためには、同様に、装置構成が非常に複雑になるという問題があった。電流加熱の場合にも、加熱しかできないため、熱伝導により熱が伝わり、温度制御が困難であるという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な方法で、被成膜対象を選択的に加熱することで、耐熱温度の低い非被成膜対象の耐熱温度よりも高い温度で、被成膜対象に成膜することができる成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法を提供することを目的とする。
本発明は前記目的を達成するために、耐熱温度が異なる複数の部材から構成されるデバイスの、複数の部材の中で耐熱温度の高い部材への成膜に用いられる成膜用治具において、成膜用治具は、デバイスを保持する保持部材と、デバイスの非成膜部分をマスクするマスク部材とからなり、保持部材のデバイスの被成膜部材と接触する部分は、被成膜部材の面に倣って形成されており、保持部材およびマスク部材の非成膜部分と接する部分は、突起物が形成されている成膜用治具を提供する。
本発明の成膜用治具によれば、複数の部材からなるデバイスの耐熱温度の高い部材への成膜において、成膜を行う被成膜部材は保持部材が被成膜部材の面に倣って形成されているので、接触面積を増やすことができる。したがって、保持部材の温度を被成膜部材に熱伝導により伝わり易くすることができ、被成膜部材の温度を高くすることができる。逆に、非成膜部分は、保持部材およびマスク部材の突起物と接触させているので、非成膜部分と、保持部材およびマスク部材と、の接触面積を小さくすることができる。したがって、非成膜部分には、保持部材およびマスク部材からの熱伝導を抑えることができる。
なお、有機物を含むデバイスに成膜を行う場合には、温度が高温になると、フタル酸系や炭化水素系の脱ガスが大量に発生し、被成膜部材と成膜物との界面、または、膜中に取り込まれることで、十分な性能が得られなくなる。したがって、低温で成膜を行う必要がある。本発明において、「耐熱温度」とは、有機物を含むデバイスに成膜を行う場合は。脱ガスの影響により、成膜物が十分な性能が得られない温度であり、それ以外は、材料が劣化し、十分な性能が得られなくなる温度である。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、非成膜部分と保持部材の突起物との接触面積、および、非成膜部分とマスク部材の突起物との接触面積が、非成膜部分の面積に対して1%以下であることが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、非成膜部分と、保持部材およびマスク部材の突起物との接触面積が1%以下であるので、保持部材およびマスク部材から非成膜部分への熱伝導を抑えることができるので、非成膜部分の温度上昇を抑えることができる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、成膜温度が250℃以下の成膜に使用されることが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、成膜温度が250℃以下の成膜に用いられるため、熱輻射による伝熱の影響が小さい条件で成膜を行っている。したがって、非成膜部材への伝熱は、保持部材とマスク部材の凸部の接点からの熱伝達が支配的となるため、非成膜部材への伝熱を抑えることができる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、CVD法による成膜に使用されることが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、非成膜部分からの脱ガスの発生を防ぐことができるので、CVD法による成膜に使用したとしても、成膜ガス中に混ざる有機コンタミ成分の量を少なくすることができる。したがって、CVD法による成膜において好ましく使用できる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、減圧下による成膜に使用されることが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、減圧下による成膜に使用されるため、伝熱の媒体となる気体を少なくすることができる。これにより、断熱効果を向上させ、熱伝達による伝熱を抑えることができるので、デバイスの温度上昇は、成膜用治具からの熱伝導が支配的となる。したがって、被成膜部材の温度を上昇させ、非成膜部分の温度上昇を抑えることができるので、耐熱温度が異なり、成膜温度が非成膜部分の耐熱温度より高くても非成膜部分自体の温度上昇を抑えることができる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、被成膜部材の成膜面と、マスク部材と、の高さが等しいことが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、成膜面とマスク部材の高さを等しくすることにより、プラズマを用いた成膜において、電界集中による放電を防ぐことができるので、均一な膜を形成することができる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、マスク部材は、チタン(Ti)、クロム(Cr)で形成されていることが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、マスク部材をチタンまたはクロムで形成することにより、成膜時の付着物との密着性を高くすることができるので、成膜時に付着物が剥離することを防止することができる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、マスク部材はセラミックスで形成されていることが好ましい。
本発明の他の態様に係る成膜用治具によれば、マスク部材はセラミックスで形成されているので、マスク部材を再利用する際、ウェットエッチング、ドライエッチングで付着物を除去しても、マスク部材に耐久性を持たせることができる。
本発明の他の態様に係る成膜用治具は、インクジェットヘッドへの成膜に使用されることが好ましい。
インクジェットヘッドの成膜に好ましく使用することができる。
本発明は前記目的を達成するために、上記記載の成膜用治具を用いてデバイスを保持し、減圧下で、保持材側から加熱を行い、被成膜部材に成膜を行う成膜方法を提供する。
本発明によれば、減圧下で成膜を行うことにより、空気の熱伝達を抑え、また、上記成膜用治具を用いることで、被成膜部材へは接触面積が大きいため熱伝導により加熱を行い、非成膜部分へは、接触面積が小さいので、加熱を抑えることができる。そのため、被成膜部材のみを選択的に加熱することができるので、耐熱温度の低い非成膜部分よりも高い温度で被成膜部材を成膜することができる。したがって、耐熱温度の低い材料を用いているため、高温で成膜できなかったデバイスについても高い温度で成膜することができるので、被成膜部材に適した条件で成膜を行うことができる。
本発明の成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法によれば、成膜部分を選択的に加熱することができるので、耐熱温度の低い非成膜部分を含むデバイスに成膜を行う場合においても、非成膜部分の耐熱温度より高い温度で成膜部分に成膜を行うことができる。
インクジェットヘッドの斜視図である。 インクジェットヘッドモジュールに成膜用治具を取り付けた状態を示す斜視図である。 図2の断面図である。 CVD装置の概略図である。
以下、添付図面に従って本発明に係る成膜用治具、および、この成膜用治具を用いた成膜方法の好ましい実施の形態について説明する。なお、以下では、シリコン(Si)からなる構造体部材に、駆動用のフレキシブル基板が接続されているインクジェットヘッドのデバイスを被成膜物として説明するが本発明はこれに限定されず、耐熱温度の異なる2つの部材が形成されている被成膜物に対して使用することができる。
<インクジェットヘッドの構成>
まず、インクジェットヘッドの構成について説明する。図1は、インクジェットヘッドの斜視図であり、インクジェットヘッド10の下方(斜め下方向)から吐出面を見上げた様子が図示されている。このインクジェットヘッド10は、インクジェット記録装置の描画部に設置されるプリントヘッドであり、複数個のヘッドモジュール12を用紙幅方向に並べて繋ぎ合わせて長尺化したフルライン型のバーヘッド(シングルパス印字方式のページワイドヘッド)となっている。ここでは17個のヘッドモジュール12を繋ぎ合わせた例を示しているが、モジュールの構成、モジュールの個数及び配列形態については、図示の例に限定されない。符号14は、複数のヘッドモジュール12を固定するための枠体となるハウジング(バー状のラインヘッドを構成するためのハウジング)、符号16は、各ヘッドモジュール12に接続されたフレキシブル基板である。
以下では、本発明の成膜用治具を用いて、これらのヘッドモジュール12のノズル面に成膜を行う方法について説明する、ノズル面への成膜としては、例えば、ノズル面に形成される撥水膜の下地膜としてSiOを成膜する際に行うことができる。また、他には、アモルファスSi、PolySi、SiOCなどの場合に行うことができる。なお、以下では、ヘッドモジュール12のSiからなるインク流路などが形成された構造体をSiデバイス18として記載する。
ヘッドモジュールのノズル面の成膜は、フレキシブル基板が接続された状態で行うことが好ましい。ノズル面の成膜を行なった後、フレキシブル基板の接続など、他の加工を行うと、加工時のゴミによりノズル詰まりが発生したり、成膜したノズル面の膜が剥がれたりするため、ノズル面の成膜は、インクジェットヘッドの製造の最終段階で行うことが好ましい。
≪成膜用治具≫
図2は、被成膜物であるヘッドモジュールに成膜用治具100を取り付けた状態を示す斜視図であり、図3は、その断面図である。
成膜用治具100は、インクジェットヘッドモジュールを保持する保持部材102と、インクジェットヘッドモジュールの非成膜部分をマスクするマスク部材104と、からなる。成膜時は、保持部材102とマスク部材104とで被成膜物であるヘッドモジュールを挟んで使用する。
保持部材102は、ヘッドモジュールの被成膜部材であるSiデバイス18と接触する接触面106を備えている。接触面106は、Siデバイス18との接触面積が大きくなるように、構成されている。保持部材102の熱をSiデバイス18に熱伝導させることができ、Siデバイス18の温度を高温にすることができる。保持部材102は、後述するように、CVD装置200の下部電極206に接するため、高温になっている。したがって、Siデバイス18と接触させることで、高温で成膜を行いたいSiデバイス18の成膜温度を高くすることができる。
また、保持部材102は、非成膜部分(フレキシブル基板(FPC)16)との接触部分は、凸形状となる突起物108を備えており、非成膜部分とは複数の突起物108と点接触で接している。非成膜部分は、成膜を行う必要がないので、温度を上げる必要がない。また、本実施形態においては、非成膜部分は、フレキシブル基板16であり、耐熱温度が高くないため、温度を高温にすることができない。保持部材102と、フレキシブル基板16とを突起物108で接触させることにより、保持部材102からの熱伝導による加熱を防止することができる。したがって、フレキシブル基板16が高温になることを防止することができる。非成膜部材としてフレキシブル基板を用いた場合は、Siデバイスより耐熱性が低いため、成膜時の温度を低く抑える必要がある。フレキシブル基板16と保持部材102の突起物108との接触面積は、フレキシブル基板16の保持部材102とマスク部材104で覆われている部分の面積の1%以下であることが好ましく、より好ましくは、フレキシブル基板16を保持できる範囲で突起物108との接触面積を小さくすることが好ましい。
逆に保持部材102の接触面106とSiデバイス18とは、接触面積を大きくすることが好ましい。Siデバイス18は、被成膜部分であるため、温度を上げる必要がある。したがって、保持部材102からの熱伝導により加熱を行うことができるように、保持部材102の接触面106とSiデバイス18は、接触面積が大きくなるように、Siデバイス18の面に倣って形成されていることが好ましく、接触面106と面接触で支持されていることが好ましい。
マスク部材104は、被成膜物の被成膜部材以外の部分が成膜されないように、保護する部材である。マスク部材104は、Siデバイス18の部分に開口部110を有し、非成膜部分を覆うことで、被成膜部材にのみに成膜を行っている。マスク部材104の非成膜部分と接触する部分は、保持部材102と同様に凸形状となる突起物112を備えており、複数の突起物と点接触で接している。マスク部材104においても、突起物112とフレキシブル基板16とで接触させることで、マスク部材104からの熱伝導により、フレキシブル基板16が加熱されることを防止することができる。フレキシブル基板16とマスク部材104の突起物112との接触面積についても、保持部材102と同様に、フレキシブル基板16の保持部材102とマスク部材104で覆われている部分の面積の1%以下であることが好ましく、より好ましくは、フレキシブル基板16を保持できる範囲で突起物112との接触面積を小さくすることが好ましい。
保持部材102の材質は、耐熱温度が成膜温度より高ければ良く、例えば、SUS303を用いることができる。また。マスク部材104の材質も耐熱温度が成膜温度より高ければよく、さらに、成膜物との密着性の良い材料であることが好ましい。マスク部材は、被成膜物の成膜面側に取り付けられるため、マスク部材104表面には成膜物が付着する。マスク部材104と成膜物の密着性が悪いと、マスク部材104から付着物が剥がれ、成膜装置内を汚染することが考えられる。マスク部材の材質としては、チタン(Ti)、クロム(Cr)などを用いることができる。また、マスク部材104および保持部材102の材料をブラスト処理(酸化物、異物の除去)してもよい。また、マスク部材104を再利用する場合には、堆積した付着物を除去する必要がある。ウェットエッチング、ドライエッチングなどに耐性のあるセラミックスなどで作製することによりマスク部材104の再利用による耐久性を向上させることができる。
保持部材102の突起物108、マスク部材104の突起物112は、機械加工、エッチング、ピンの圧入などで作成することができる。
また、図3に示すように、Siデバイス18の被成膜部分である上面とマスク部材104の上面との高さを等しくすることが好ましい。被成膜物の被成膜部分とマスク部材104との上面の高さを等しくすることにより、プラズマを用いる成膜の場合に、電解集中による放電を防ぐことができる。被成膜部材の上面とマスクの上面との高さが等しいとは、差が1mm以内のことである。
≪成膜方法≫
次に、成膜用治具100を用いた成膜方法について説明する。成膜方法としては、例えば、次の方法により成膜することができる。
図4は、CVD装置の一実施形態を示す一例の概略図である。図4に示すCVD装置200は、平行平版型のプラズマCVD装置であり、内部にチャンバ202を備えている。チャンバ202の上部には上部電極(カソード)204、下部には下部電極(アノード)206を備えている。また、上部電極204にはプラズマ発生用の高周波電源(RF電源)208が接続されている。高周波電源208の周波数は13.56MHz以上60MHz以下の周波数帯を用いることができ、例えば13.56MHzを用いる。
上部電極204には、チャンバ202内部にプロセスガスを供給するための多数の孔が設けられている。また、下部電極206には、下部電極206上に配置された被成膜物の加熱を行うヒーターが設けられている。また、排気口210が、チャンバ202内部の圧力を調整するため、チャンバ202に設けられている。排気口210は真空ポンプ(不図示)と接続され、チャンバ202内の圧力調整が行なわれる。
サンプルは、フレキシブル基板16を備えるヘッドモジュール12を上記の成膜用治具100で保持した状態で、CVD装置200の下部電極206上に配置する。成膜用治具100は、下部電極206上に配置されるため、成膜用治具100の保持部材102は、ヒーターにより加熱される。成膜用治具100の保持部材102が加熱されるため、Siデバイス18は保持部材102と接することにより、Siデバイス18の温度を上げることができる。
成膜温度はヒーター温度を200℃、成膜圧力は、20Paとし、TEOS(テトラエトキシシラン:Si(OC)とキャリアガスとしてArを所定の割合で混合したガスを用いた。TEOSとArの割合は、成膜速度、面内均一性などから適宜決定することができる。成膜パワーは150W,成膜時間は10分(ヒーター上にサンプルを置いてから取り出しまでは30分)とした。
なお、成膜方法は上述したプラズマCVD法に限定されず、光CVD、Cat−CVDなどの低温CVD法や、蒸着法、スパッタ法などのPVD法で行うこともできる。成膜材料についても、特に限定されず、上記のSiO以外に、金属、半導体などを用いることができる。
また、成膜圧力も特に限定されないが、伝熱の媒体となる気体が少なくなると断熱効果が高くなるため、成膜圧力は低いほうが好ましい。成膜圧力としては、常圧よりも低い圧力であることが好ましく、100Pa以下であることが好ましい。
また、成膜時間は、ヒーターからフレキシブル基板に熱が伝わるのを防止するため、極力短い方が好ましい。チャンバ内を予め真空状態としておき、ロードロック室から搬送することで、成膜時間を短くすることが好ましい。
成膜温度は、250℃以下とすることが好ましい。伝熱には、熱伝導、熱伝達、熱輻射により分けられる。熱輻射は、下記式で表わすことができる。
Figure 2014065964
q:伝熱量[W]
A:伝熱面積[m
σ:ステファンボルツマン係数[W/m/K
T1:高温物体の温度[K]
T2:低温物体の温度[K]
熱輻射は、温度の4乗に比例し、高温になるほどその比率が大きくなる。250℃以下とすることで、輻射熱の影響を小さくすることができる。さらに、非成膜部分を熱することによりガスを発生する場合は、成膜温度をガスが発生する温度より低くする必要があるが、本発明の成膜用治具を用いることで、非成膜部分の温度を低くすることができるので、ガスが発生することを防止することができる。
また、減圧状態で成膜を行うことで、空気による熱伝達も起こりにくくなる。したがって、フレキシブル基板16への伝熱は、成膜用治具100との接点の熱伝達が支配的になる。すなわち、温度を250℃以下とした場合は、成膜用治具100と、フレキシブル基板16との接点を減らすことで、フレキシブル基板16への伝熱量を減らすことができる。
≪その他の実施形態≫
上記実施形態においては、フレキシブル基板16を有するヘッドモジュール12に成膜を行っているが、例えば、液晶における薄膜トランジスタ素子(TFT)や薄膜シリコン太陽電池の製造において、polySiやアモルファスSi、Siなどを成膜する場合などに使用することができる。
本発明の成膜用治具100を用いて、上記のCVD装置200、上記の条件でフレキシブル基板16を備えるヘッドモジュール12への成膜を行った(実施例1)。比較例として、成膜用治具を用いずに、ヘッドモジュール12を直接下部電極206上に設置し、成膜を行った(比較例1)。また、非成膜部分を保持する成膜用治具の部分に凹凸形状の突起部を設けず、直接フレキシブル基板を保持し、成膜を行った(比較例2)。なお、フレキシブル基板16の材質としてポリイミド膜を使用した。
比較例1においては、プラズマによる放電が発生し、フレキシブル基板が焦げエレキショートが起きてしまい、インクジェットヘッドとしての使用が不可能であった。比較例2においては、プラズマによる放電は見られず、成膜後のフレキシブル基板の外観、性能ともに問題は見られなかったが、成膜用治具から熱が伝わり、フレキシブル基板からの脱ガスにより、成膜物に有機コンタミ(コンタミネーション)が見られた。実施例1は、成膜後のフレキシブル基板の外観、性能とも問題はなく、成膜物に有機物のコンタミも見られず、良好に成膜を行うことができた。
なお、有機コンタミは次の方法で分析を行った。
成膜したSiO膜で、ToF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析法)の深さ方向分析を行った。
装置;TOF.SIMS5(ION−TOF社製)
一次イオン源;Bi
測定モード;高質量分解能
測定面積;30μm角
正イオン分析
成膜物の成分を分析したところ、比較例2においては、有機コンタミとして、直鎖の炭化水素起因のC、C11や、フタル酸起因のCが検出された。実施例1においては、有機物のコンタミは、検出されなかった。
10…インクジェットヘッド、12…ヘッドモジュール、14…ハウジング、16…フレキシブル基板、18…Siデバイス、100…成膜用治具、102…保持部材、104…マスク部材、106…接触面、108、112…突起物、110…開口部、200…CVD装置、202…チャンバ、204…上部電極、206…下部電極、208…高周波電源、210…排気口

Claims (10)

  1. 耐熱温度が異なる複数の部材から構成されるデバイスの、前記複数の部材の中で耐熱温度の高い部材への成膜に用いられる成膜用治具において、
    前記成膜用治具は、前記デバイスを保持する保持部材と、前記デバイスの非成膜部分をマスクするマスク部材とからなり、
    前記保持部材の前記デバイスの被成膜部材と接触する部分は、前記被成膜部材の面に倣って形成されており、
    前記保持部材および前記マスク部材の前記非成膜部分と接する部分は、突起物が形成されている成膜用治具。
  2. 前記非成膜部分と前記保持部材の前記突起物との接触面積、および、前記非成膜部分と前記マスク部材の前記突起物との接触面積が、前記非成膜部分の面積に対して1%以下である請求項1に記載の成膜用治具。
  3. 成膜温度が250℃以下の成膜に使用される請求項1または2に記載の成膜用治具。
  4. CVD法による成膜に使用される請求項1から3のいずれか1項に記載の成膜用治具。
  5. 減圧下による成膜に使用される請求項1から4のいずれか1項に記載の成膜用治具。
  6. 前記被成膜部材の成膜面と、前記マスク部材と、の高さが等しい請求項1から5のいずれか1項に記載の成膜用治具。
  7. 前記マスク部材は、チタン(Ti)、クロム(Cr)で形成されている請求項1から6のいずれか1項に記載の成膜用治具。
  8. 前記マスク部材はセラミックスで形成されている請求項1から6のいずれか1項に記載の成膜用治具。
  9. インクジェットヘッドへの成膜に使用される請求項1から8のいずれか1項に記載の成膜用治具。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載の成膜用治具を用いて前記デバイスを保持し、
    減圧下で、前記保持部材側から加熱を行い、前記被成膜部材に成膜を行う成膜方法。
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