JP3668292B2 - Pattern forming method and pattern forming apparatus - Google Patents

Pattern forming method and pattern forming apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細なパターンを形成するためのパターン形成方法およびパターン形成装置に係り、特に半導体プロセス等の微細加工工程においてパターン形成対象物に高い精度で効率よく微細パターンを形成することができるパターン形成方法と、このパターン形成に有用なパターン形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体プロセスにおける印刷配線や回路パターンの形成、あるいは薄膜の微細パターン形成等には、従来からフォトリソグラフィー法が最も一般的に用いられている。
【0003】
このフォトリソグラフィー法は、微細パターンの形成対象である材料層の上にレジスト層を形成し、このレジスト層上に所定のパターンが描かれたマスクを載置した状態で露光し、レジスト層を現像して露光部分または非露光部分を除去し、残ったレジスト層をエッチング用レジストとして材料層をエッチングし、その後、レジスト層を除去するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォトリソグラフィー法は、▲1▼レジスト層の形成、▲2▼マスクを用いた露光、▲3▼レジスト層の現像、▲4▼エッチング、▲5▼レジスト層除去、という5つの段階が必要なため工程が煩雑であり、また被加工物の大型化に伴って大型露光装置を含む専用装置が必要となり、装置に要する費用が莫大になるという問題があった。
【0005】
また、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)型液晶ディスプレイの作製プロセスにおいては、透明電極として透明導電膜の微細パターンが形成されるが、従来の透明導電膜は、その耐久性が不十分であるという問題もあった。
【0006】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、微細なパターンを簡便なプロセスで効率よく形成することができるパターン形成方法と、このパターン形成方法の実施が容易なパターン形成装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のパターン形成方法は、クロム層を形成した基板をチャンバー内に載置し、該チャンバー内にフッ素含有ガスを供給するとともに、所定のパターンのマスクを介して紫外光を前記クロム層に照射し、前記フッ素含有ガスを活性化して前記クロム層と反応させ前記クロム層上に前記パターンに対応したパターンでクロム−フッ素化合物膜を形成し、前記クロム−フッ素化合物膜をマスキングとして前記クロム層エッチング液を用いてエッチングしてパターンを形成するような構成とした。
【0008】
また、本発明のパターン形成方法は、クロム層を形成した基板をチャンバー内に載置し、該チャンバー内にフッ素含有ガスを供給するとともに、紫外光を前記クロム層に照射し、前記フッ素含有ガスを活性化して前記クロム層と反応させ前記クロム層上にクロム−フッ素化合物膜を形成し、前記クロム−フッ素化合物膜のうち所定のパターン領域のみが残るように前記クロム−フッ素化合物膜を分解し、所定のパターンで残った前記クロム−フッ素化合物膜をマスキングとして前記クロム層をエッチングしてパターンを形成するような構成とした。
【0009】
さらに、本発明のパターン形成方法は、前記紫外光を波長が200nm以下の紫外光とするような構成、前記クロム−フッ素化合物膜可視光の透過率が70%以上であるような構成、前記基板と前記クロム層との間に透明導電膜を設け、前記クロム−フッ素化合物膜をマスキングとして前記クロム層および前記透明導電膜をエッチングしてパターンを形成するような構成とした。
【0010】
本発明のパターン形成装置は、真空チャンバーと、該真空チャンバーに接続されたガス供給手段および排気手段と、前記真空チャンバー内に配設されたスパッタリング装置、紫外光照射装置および基板ホルダとを備え、該基板ホルダ上に載置した基板に前記スパッタリング装置によりクロム層形成が可能であり、かつ、前記ガス供給手段からフッ素含有ガスを前記真空チャンバー内に導入し前記基板ホルダ上に載置した基板に前記紫外光照射装置により紫外光の照射が可能であるような構成とした。
【0011】
また、本発明のパターン形成装置は、前記スパッタリング装置および前記紫外光照射装置との間に隔壁を備えるような構成、前記基板ホルダを前記スパッタリング装置および前記紫外光照射装置との間で移動可能とした構成、前記隔壁が前記基板ホルダ通過用の開口部を備えるような構成とした。
【0012】
上述のような本発明では、材料層の上に設けられた反応性層は、チャンバー内で反応性ガスと接触するが、この反応性ガスのうち、マスクを介して照射された紫外光によって活性化されたものは上記の反応性層と反応し、所定のパターンで化合物膜が反応性層上に形成され、この化合物膜のエッチングレートよりも材料層および反応性層のエッチングレートが大きくなるような条件で上記化合物膜をマスキングとしてエッチングを行うことにより、材料層のパターン形成が可能となる。また、材料層を介することなく基板上に直接反応性層を形成し、上記のようにして化合物膜を形成した反応性層をエッチングすることにより、基板上に化合物膜からなるパターン形成が可能となる。特に、反応性層を厚みが15〜30Åの範囲のクロム層とし化合物膜をクロム−フッ素化合物膜とすることにより上記化合物膜は透明となり、材料層を透明導電膜とすることにより、透明導電膜と透明なクロム−フッ素化合物膜からなる微細パターンの形成が可能となる。また、チャンバー内に薄膜形成手段と紫外光照射装置とが配設されていることによって、雰囲気ガスを入れ替えることのみで反応性層の形成と上記の化合物膜の形成とが同一チャンバー内で連続して行うことができ、本発明のパターン形成装置から取り出した基板は、エッチング処理を行うだけで微細なパターンの形成が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
【0014】
図1は本発明のパターン形成方法の一例を説明するための工程図である。図1において、まず、基板2上に設けられたパターン形成対象である材料層3の上に反応性層4を形成する(図1(A))。
【0015】
基板2としては、ガラス基板、セラミックス基板、シリコン基板、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂基板あるいは金属基板等、特に制限はなく、材料層3との関係、使用目的等から適宜選択することができる。
【0016】
また、材料層3としては、Al、Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ag、In、Sn、Te、Ta、W、Pt、Au等の金属層、透明導電膜ITO、SnO2 、ZnOやこのような透明導電膜にSb、F、Al、Cd、Si等をドープさせた化合物の層、ポリイミド、ポリイミド、SiNx 、SiO2 、SiO等の絶縁層がいずれも適用可能である。
【0017】
さらに、反応性層4は、Al、Si、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ag、In、Sn、Te、Ta、W、Pt、Au等の金属層とすることができる。反応性層4の形成は、例えば、金属層の場合、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、鍍金法等の一般的な成膜方法により行うことができる。このような反応性層4の厚みは、後述する反応性ガスとの反応により生成される化合物膜の厚み、この化合物膜のエッチングレートと反応性層および材料層のエッチングレート等から設定することができる。但し、反応性層4の厚みが小さすぎると、生成される化合物膜の耐性が不十分となりエッチング特性が低下してしまうので、反応性層4の厚みは15Å以上が好ましい。尚、後述するようにマスク板6が反応性層4上に載置された際に、反応性層4の表面とマスク板6の下面との間に反応性ガスを存在可能とするために、マスク板6の下面は若干粗面であることが好ましい。
【0018】
次に、チャンバー(図示せず)内において、所定の透光部6aを有するマスク板6を反応性層4上に載置した後、反応性ガスをチャンバー内に導入する(図1(B))。反応性ガスとしては、紫外光によって活性化エネルギーが与えられて分解し、反応性層4の少なくとも表面と化学反応を起こして反応性層とは別の化合物を生成するようなガスであればいずれのガスも使用することができる。例えば、反応性層4としてクロム層が使用される場合、反応性ガスの一例として、フッ素を含んだガス(SF6 、CF4 、CHF3 、F2 等)を使用することができる。
【0019】
その後、マスク板6側から紫外光を照射する(図1(C))。これにより、透光部6aと反応性層4との間に存在する反応性ガスは、透光部6aを透過した紫外光によって活性化され分解して反応性層4と化学反応を起こし、その表面に化合物膜5が形成される(図1(D))。使用する紫外光は、特に制限はなく、光源として低圧水銀灯、エキシマレーザ、アルゴンレーザ、窒素レーザ等を用いることができる。特に、真空チャンバー内において紫外光の照射を行う場合、大気による短波長紫外光の吸収は問題とならないため、エネルギー的に高い200nm以下の波長の紫外光を用いることが好ましい。また、上記のマスク板6は、ガラス板、金属板等に所定のパターンで開口部を設けて透光部6aとしたもの、あるいは、ガラス板の表面に透光部6aを残すように所定のパターンで遮光層を形成したもの等、特に制限はないが、上述のように200nm以下の波長の紫外光を用いる場合には、紫外光の透過性が良好な石英ガラスを用いることが好ましい。
【0020】
尚、条件によっては、使用する反応性ガスの構成成分からなるコーティング膜が形成される場合もあるが、本発明は、このようなコーティング膜も化合物膜に含めるものである。
【0021】
図1(D)に示されるように化合物膜5が所定のパターンで形成された後、この化合物膜5をマスキングとして反応性層4および材料層3の選択的なエッチングを行う。すなわち、化合物膜5のエッチングレートよりも材料層3および反応性層4のエッチングレートが大きくなるような条件でエッチングが行われる。このようなエッチングによって、化合物膜5が形成された領域の反応性層4および材料層3のみを残して、他の領域の反応性層4、材料層3を除去し、所望の微細パターンを形成することができる(図1(E))。
【0022】
上述の実施例では、反応性層4上にマスク板6を接触させた状態で紫外光の照射を行っているが、本発明のパターン形成方法では、反応性層4とマスク板6との間にギャップを設けてもよい。
【0023】
図2は本発明のパターン形成方法の他の例を説明するための工程図である。図2において、まず、基板12上に設けられたパターン形成対象である材料層13の上に反応性層14を形成する(図2(A))。この基板12、材料層13および反応性層14は、上述のパターン形成方法における基板2、材料層3および反応性層4と同様のものとすることができ、ここでの説明は省略する。
【0024】
次に、チャンバー(図示せず)内に上記基板12を載置した後、反応性ガスをチャンバー内に導入し、反応性層14側から紫外光を照射する。これにより、反応性ガスは紫外光によって活性化エネルギーが与えられて分解し、反応性層14と化学反応を起こして反応性層14とは別の化合物膜15が形成される(図2(B))。使用する反応性ガスおよび紫外光は、上述の実施例と同様にすることができるので、ここでの説明は省略する。
【0025】
次に、化合物膜15上に所定の開口部16aを有するマスク板16を載置した後、分解性ガスの雰囲気中に入れる(図2(C))。これにより、開口部16aから露出している化合物膜15は分解性ガスにより分解され、化合物膜15のうち非露出領域のみが残される(図2(D))。例えば、反応性ガスとしてフッ素を含んだガス(SF6 、CF4 、CHF3 、F2 等)を使用してフッ素化合物膜15を形成した場合、アルゴンガスを用いてフッ素化合物膜15をスパッタすることによりフッ素化合物膜15を除去することができる。あるいは、酸素雰囲気中で酸素とフッ素の反応性の差を利用してフッ素を追い出すことによりフッ素化合物膜15を分解することができる。
【0026】
このようにして化合物膜15が所定のパターンで形成された後、上述の態様と同様に、この化合物膜15をマスキングとして反応性層14および材料層13の選択的なエッチングを行うことにより、化合物膜15が形成された領域の反応性層14および材料層13のみを残して、他の領域の反応性層14、材料層13を除去し、所望の微細パターンを形成することができる(図2(E))。
【0027】
尚、上述の本発明のパターン形成方法では、材料層がAg、Cu、Al等のような不透明な導電膜である場合には、反応性層の厚みに上限はないが、材料層がITO等の透明導電膜であって化合物膜も透明性が要求される場合には、形成された化合物膜における可視光の透過率が70%以上となるように反応性層の厚み(例えば、厚み15〜30Å)を設定する必要がある。
【0028】
上述の本発明のパターン形成方法は、いずれも基板2、12上に、まず、材料層3、13を形成し、この材料層上に反応性層4、14を形成してから、反応性層に化合物膜5、15を形成するものであるが、本発明のパターン形成方法は、上記の材料層3、13を形成することなく、基板上に直接反応性層を設け、この反応性層に化合物膜を形成した後、反応性層のエッチングを行うものであってもよい。これは、上述のように反応性層と化合物膜とのエッチングレート、あるいは、化合物膜と化合物膜分解領域とのエッチングレートに大きな差があり、このエッチングレートの差を利用して反応性層をエッチングすることにより化合物膜からなるパターンのみを残すことができるためである。この場合、反応性層の厚みは特に制限はないが、反応性層が透明であって化合物膜も透明性が要求される場合には、形成された化合物膜における可視光の透過率が70%以上となるように設定する必要があり、通常、15〜30Åの範囲が好ましい。
【0029】
次に、本発明のパターン形成装置について説明する。図3は本発明のパターン形成装置の一例を示す概略構成図である。図3においてパターン形成装置21は、真空チャンバー22と、この真空チャンバー22内に設けられた薄膜形成手段26および紫外光照射装置29とを備えている。
【0030】
真空チャンバー22は、開口部23aを備えた隔壁23によって2室22a,22bに分けられている。各真空チャンバー22a,22bには、それぞれガス供給管24a,24bと排気管25a,25bとが設けられ、外部のガス供給装置(図示せず)と排気装置(図示せず)に接続されている。薄膜形成手段26は、一方の真空チャンバー22a内に配設され、図示例では、ターゲット27と、このターゲット27と対向する位置にある基板ホルダ28を備えたスパッタリング装置である。また、紫外光照射装置は、他方の真空チャンバー22b内に配設され、照射光源30と、透光部31aを有するマスク板31とを備えている。そして、基板ホルダ28は、隔壁23の開口部23aを通過して真空チャンバー22aと真空チャンバー22bとの間を往復移動可能とされ、真空チャンバー22aから真空チャンバー22bへ移動した基板ホルダ28は、マスク板31の下方に位置し、マスク板31を介して照射光源30からの紫外光が照射可能となる。尚、基板ホルダ28には、基板を所定の温度に加熱するための加熱手段を設けることが好ましい。
【0031】
次に、このような本発明のパターン形成装置の動作を、本発明のパターン形成方法と併せて説明する。まず、真空チャンバー22a内に位置する基板ホルダ28上に所望の基板42を載置し、排気管25a,25bにより真空チャンバー22内を所定の圧力まで減圧した後、ガス供給管24aからアルゴンガス等の雰囲気ガスを所定圧になるまで真空チャンバー22内に供給する。そして、薄膜形成手段であるスパッタリング装置26により、基板42上に反応性層44を形成する(図4(A))。
【0032】
次いで、排気管25a,25bにより真空チャンバー22内を所定の圧力まで減圧しアルゴンガス等の雰囲気ガスを除去した後、ガス供給管24bから反応性ガスを所定圧になるまで真空チャンバー22内に供給する。一方、反応性層44が成膜された基板42が載置された状態の基板ホルダ28を、真空チャンバー22aから真空チャンバー22bへ移動して、マスク板31の下方の所定の位置に固定する。この状態では、反応性層44は反応性ガスと接触しているが、反応性ガスは未だ活性状態にはないため、反応性ガスと反応性層44との反応は起こらない。
【0033】
次に、照射光源30からマスク板31を介して紫外光を反応性層44上に所定パターンで照射する。この紫外光照射によって、反応性層44と接触している反応性ガスのうち、紫外光が照射された領域の反応性ガスのみが活性化され分解して反応性層44と化学反応を起こし、その表面に化合物膜45を形成する(図4(B))。
【0034】
このように、本発明のパターン形成装置21では、基板42上への反応性層44の形成と、この反応性層44上への所定パターンの化合物膜45の形成を、真空チャンバー22内のガスを入れ替えることで容易に連続して行うことができる。したがって、真空チャンバー間での基板42の移し替えが不要となり、基板42(反応性層44)上への不純物の付着等の事故発生を未然に防止することができ、同時に真空チャンバーの排気工程の削減が可能となり、製造時間および製造コストの低減が可能となる。
【0035】
上述のように反応性層44上に化合物膜45が形成された基板42をパターン形成装置21から取り出した後、化合物膜45をマスキングとして反応性層44の選択的なエッチングを行うだけで微細なパターンの形成が可能となる(図4(C))。
【0036】
尚、上述の例では、スパッタリング装置26によって基板42上に反応性層44のみを形成しているが、基板42上に材料層および反応性層を形成することも可能である。
【0037】
本発明のパターン形成装置21に用いる薄膜形成手段としてのスパッタリング装置26は、従来公知のスパッタリング装置とすることができる。また、紫外光照射装置30は、低圧水銀灯、エキシマレーザ、アルゴンレーザ、窒素レーザ等を用いることができる。そして、真空チャンバー22内では、大気による短波長紫外光の吸収が生じないため、エネルギー的に高い200nm以下の波長の紫外光を用いることが好ましい。また、マスク板31は、ガラス板、金属板等に所定のパターンで開口部を設けて透光部31aとしたもの、あるいは、ガラス板の表面に所定パターンの透光部31aを残すように遮光層を形成したもの等、特に制限はないが、上述のように200nm以下の波長の紫外光を用いる場合には、紫外光の透過性が良好な石英ガラスを用いることが好ましい。
【0038】
本発明のパターン形成装置は、上述の実施例に限定されるものではない。例えば、パターン形成装置21では、隔壁23が設けられているが、隔壁23を設けない態様も可能である。また、基板ホルダ28をスパッタリング装置26と紫外光照射装置29との間で移動可能としているが、基板ホルダ28を固定とし、スパッタリング装置26と紫外光照射装置29とを基板ホルダ28に対して移動可能としてもよい。また、パターン形成装置21では、薄膜形成手段としてスパッタリング装置が配設されているが、薄膜形成手段として真空蒸着装置等の他の従来公知の手段を配設することもできる。
【0039】
次に、本発明のパターン形成装置21を用いて、本発明のパターン形成方法による透明導電膜パターンの形成について説明する。
【0040】
まず、真空チャンバー22a内に位置する基板ホルダ28上に基板を載置し、薄膜形成手段であるスパッタリング装置26により、基板上に材料層としての透明導電膜を形成する。透明導電膜パターン形成基板を構成する基板は、ガラス基板、セラミックス基板、シリコン基板、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂基板あるいは金属基板等、いずれの基板であってよく、その厚さは使用目的に応じて適宜設定することができるが、例えば、0.01〜10mm程度とすることができる。また、透明導電膜は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等、およびその合金により形成することができる。この段階での透明導電膜の厚みは1〜1000nm程度とする。
【0041】
次に、真空チャンバー22a内において薄膜形成手段であるスパッタリング装置26により透明導電膜上に反応性層としてクロム層を形成する。このクロムの厚みは30Å以下、好ましくは15〜30Å、さらに好ましくは20〜25Åである。クロム層が10Å以下であると、後述のように形成されるクロム−フッ素化合物膜の耐性が不十分となり、エッチング特性が低下してしまい好ましくない。また、30Åを超えると、クロム−フッ素化合物膜の透明性が不十分となり好ましくない。
【0042】
次に、基板が載置された状態の基板ホルダ28を真空チャンバー22aから真空チャンバー22bへ移動して、マスク板31の下方の所定の位置に固定する。また、真空チャンバー22内に反応性ガスを導入して反応性ガスの雰囲気とする。反応性ガスとしては、紫外光照射によって活性化され分解してクロム層と化学反応を起こし透明なクロム−フッ素化合物膜を生成するようなガスであればいずれのガスも使用することができ、例えば、フッ素を含んだガス(SF6 、CF4 、CHF3 、F2 等)を使用することができる。
【0043】
次に、照射光源30からマスク板31を介して紫外光をクロム層上に所定パターンで照射する。この紫外光照射によって、クロム層と接触する反応性ガスのうち、紫外光が照射された領域の反応性ガスのみが活性化され分解してクロム層と化学反応を起こし、透明なクロム−フッ素化合物膜となる。
【0044】
その後、基板をパターン形成装置から取り出し、透明なクロム−フッ素化合物膜をマスキングとしてクロム層および透明導電膜の選択的なエッチングを行う。このエッチングとしては、反応性層であるクロム層のエッチングと材料層である透明導電膜のエッチングを異なったエッチング液で行う2段階エッチング法がある。
【0045】
この2段階エッチング法は、まず、硝酸第2セリウムアンモン液によりクロム層のエッチング(クロム層のエッチングレートはクロム−フッ素化合物膜のエッチングレートの10倍)を行い、次に、HCl:H2 O:HNO3 =1:1:0.08の溶液で透明導電膜のエッチング(透明導電膜のエッチングレートはクロム−フッ素化合物膜のエッチングレートの10倍)を行うことができる。
【0046】
このようなエッチングによって、クロム−フッ素化合物膜が形成された領域のクロム層および透明導電膜のみを残して、他の領域のクロム層、透明導電膜を除去することによって、透明導電膜と透明なクロム−フッ素化合物膜からなる微細パターンを形成することができる。
【0047】
尚、上述の透明導電膜パターンの形成において、材料層である透明導電膜を形成せずにクロム層のみを基板上に形成し、上記と同様に透明なクロム−フッ素化合物膜を形成した後、このクロム−フッ素化合物膜をマスキングとしてクロム層を硝酸第2セリウムアンモン液によりエッチングすることにより、クロム−フッ素化合物膜が形成された領域を残して、他の領域のクロム層が除去され、透明なクロム−フッ素化合物膜からなる微細パターンを形成することができる。
【0048】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
(実施例1)
厚み1.1mmのコーニング7059ガラス基板を、図3に示されるような本発明のパターン形成装置の基板ホルダ上に載置し、下記の成膜条件でスパッタリング法により酸化インジウムスズ(ITO)の透明導電膜(厚み0.2μm)を形成し、引き続き、このITO膜上に下記の成膜条件でスパッタリング法によりクロム層(クロム層厚=20Å、25Å、30Åの3種)を形成した。このような各試料について、基板ホルダを最小5μmライン&スペースの精度をもつ透光部パターンを備えた石英ガラス製のマスク板の下方(クロム層とマスク板との間隔=1μm)に移動させ、下記の照射条件により低圧水銀灯から紫外光をマスク板を介してクロム層に照射を行った。
【0049】
ITO成膜条件
・雰囲気ガス : Ar=100sccm,O2 =3sccm
・雰囲気圧力 : 0.3 Torr
・RFパワー : 2.5kW
・成膜レート : 2.2Å/秒
クロム層成膜条件
・雰囲気ガス : Ar=30sccm
・雰囲気圧力 : 0.3 Torr
・RFパワー : 100W
・成膜レート : 0.48Å/秒
紫外光照射条件
・反応性ガス : SF6
・雰囲気圧力 : 1 Torr
・照射パワー : 10mW/cm2
・照射時間 : 0分、5分、10分、20分の4種
このようにして反応性ガス雰囲気中で紫外光照射を行った各試料を、パターン形成装置から取り出し、XPSを用いた組成分析を行った結果、クロム層の紫外光照射部分においてフッ素のピークが確認され、クロム−フッ素化合物膜の形成が確認できた。
【0050】
次に、各試料に対して、硝酸第2セリウムアンモン液とHCl:H2 O:HNO3 =1:1:0.08のエッチング液を用いた2段階エッチング法によるエッチングを行い、クロム−フッ素化合物膜形成領域以外のクロム層およびITO膜を除去して、ガラス基板上にITO膜とクロム−フッ素化合物膜の積層体からなる微細パターンを得た。
【0051】
このようにして作成した各試料について、パターン部分の透明性、表面抵抗およびパターン精度を測定して下記の表1および表2に示した。
【0052】
透明性の測定方法
波長550nmの光に対して、コーニング7059ガラス基板上にITO膜(0.2μm)を成膜したものを透過率100%として、パターン部分 の透過率を測定した。
【0053】
表面抵抗の測定方法
三菱油化(株)製の四端子測定器(Loresta(タイプMCP−TESTER))を用いて測定した。
【0054】
【表1】

Figure 0003668292
【0055】
【表2】
Figure 0003668292
表1に示されるように、紫外光照射時間が長いほど透明性が向上することが確認された。また、表2に示されるように、紫外光照射時間が長いほど表面抵抗が低下することが確認された。しかしながら、透明性の向上および表面抵抗の低下とも、ある程度の照射時間が経過すると、それ以上照射時間を長くしてもほとんど変化しないものであった。
(実施例2)
クロム層の厚みを0Å、10Å、15Å、20Å、25Å、30Å、35Åの7種とし、紫外光照射時間を5分とした他は、実施例1と同様にしてガラス基板上にITO膜とクロム−フッ素化合物膜の積層体からなる微細パターンを得た。
【0056】
このようにして作成した各試料について、パターン精度を測定しパターニング性を評価して下記の表3に示した。また、実施例1と同様にパターン部分の透明性、表面抵抗を測定して下記の表3に示した。
【0057】
【表3】
Figure 0003668292
表3に示されるように、クロム層の厚みが10Åでは、クロム−フッ素化合物膜の耐性が不十分なためパターニング性が低いものであった。一方、クロム層の厚みが35Åであると、パターニング性は良好であるが透明性が低く実用に供し得ないものであった。
【0058】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、チャンバー内に反応性層を形成した基板を載置し、このチャンバー内で反応性層に反応性ガスを接触させた状態で、マスクを介して照射された紫外光により反応性ガスを活性化して反応性層と反応させ、所定のパターンで化合物膜を反応性層上に形成し、この化合物膜をマスキングとしてエッチングを行うことにより、パターン形成が可能となるので、▲1▼反応性層の形成、▲2▼化合物膜の形成、▲3▼エッチングという3段階の処理により材料層の微細パターン形成を行うことができ、工程の大幅な簡略化が可能であり、シャドーマスクやメタルマスク等の製造、半導体プロセスでの配線や回路パターンの形成、あるいは薄膜の微細パターン形成等の微細加工工程における製造コストの低減が可能となり、また、パターン形成装置ではチャンバー内に薄膜形成手段と紫外光照射装置とが配設されていることによって、雰囲気ガスを入れ替えることのみで反応性層の形成と上記の化合物膜の形成(上記の▲1▼と▲2▼の2段階の処理)を同一チャンバー内で連続して行うことができ、チャンバーの減圧時間の短縮、ゴミの混入防止が可能となり、さらに、このパターン形成装置から取り出した基板は、エッチング処理を行うだけで微細なパターンの形成が可能となり、工程の大幅な簡略化が可能である。また、反応性層をクロム層とし化合物膜をクロム−フッ素化合物膜とすることにより、化合物膜は透明となるので、材料層が透明導電膜である場合、透明導電膜と透明なクロム−フッ素化合物膜の積層体からなる微細な透明導電膜パターンを備えた基板が可能となり、この透明導電膜パターンは表面にクロム−フッ素化合物膜が存在するため耐久性が高いものとなる。また、材料層を介することなく基板上に直接反応性層を形成した場合、基板上に透明なクロム−フッ素化合物膜からなる微細パターンの形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパターン形成方法の一例を説明するための工程図である。
【図2】本発明のパターン形成方法の他の例を説明するための工程図である。
【図3】本発明のパターン形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図4】本発明のパターン形成装置の動作およびパターン形成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
2,12,42…基板
3,13…材料層
4,14,44…反応性層
5,15,45…化合物膜
21…パターン形成装置
22(22a,22b)…真空チャンバー
23…隔壁
23a…開口部
24a,24b…ガス供給管
25a,25b…排気管
26…薄膜形成手段(スパッタリング装置)
27…ターゲット
28…基板ホルダ
29…紫外光照射装置
30…照射光源
31…マスク板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus for forming a fine pattern, and more particularly to pattern formation capable of forming a fine pattern efficiently and with high accuracy on a pattern forming object in a fine processing step such as a semiconductor process. The present invention relates to a method and a pattern forming apparatus useful for the pattern formation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the photolithography method has been most commonly used for the formation of printed wiring and circuit patterns in a semiconductor process, or the formation of a fine pattern of a thin film.
[0003]
In this photolithography method, a resist layer is formed on a material layer on which a fine pattern is to be formed, and exposure is performed with a mask on which a predetermined pattern is drawn placed on the resist layer, and the resist layer is developed. Then, the exposed portion or the non-exposed portion is removed, the remaining resist layer is used as an etching resist, the material layer is etched, and then the resist layer is removed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, photolithography requires five steps: (1) formation of a resist layer, (2) exposure using a mask, (3) development of the resist layer, (4) etching, and (5) removal of the resist layer. Therefore, there are problems that the process is complicated, and that a dedicated apparatus including a large exposure apparatus is required as the workpiece is enlarged, and the cost required for the apparatus becomes enormous.
[0005]
In addition, for example, in the manufacturing process of a thin film transistor (TFT) type liquid crystal display, a fine pattern of a transparent conductive film is formed as a transparent electrode. However, the conventional transparent conductive film has a problem that its durability is insufficient. there were.
[0006]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides a pattern forming method capable of efficiently forming a fine pattern by a simple process, and a pattern forming apparatus that can easily carry out this pattern forming method. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve such an object, the pattern forming method of the present invention comprises:Chrome layerThe substrate formed with is placed in a chamber,Fluorine-containing gasAnd the ultraviolet light through a mask having a predetermined patternChrome layerIrradiateFluorine-containing gasActivate the aboveChrome layerReact with theChrome layerIn the pattern corresponding to the pattern aboveChromium-fluorine compound filmForming the saidChromium-fluorine compound filmThe masking as aboveChrome layerTheUsing etchantThe pattern was formed by etching.
[0008]
  Moreover, the pattern forming method of the present invention includes:Chrome layerThe substrate formed with is placed in a chamber,Fluorine-containing gasAnd supplying the ultraviolet lightChrome layerIrradiateFluorine-containing gasActivate the aboveChrome layerReact with theChrome layeraboveChromium-fluorine compound filmForming the saidChromium-fluorine compound filmSo that only a predetermined pattern area remains.Chromium-fluorine compound filmDisassembled and left in a predetermined patternChromium-fluorine compound filmThe masking as aboveChrome layerThe pattern is formed by etching.
[0009]
  Furthermore, the pattern forming method of the present invention is configured such that the ultraviolet light is ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less,Chromium-fluorine compound filmIsVisible light transmittance of 70% or moreA configuration such that the substrate and theChrome layerBetweenTransparent conductive filmProvidedChromium-fluorine compound filmThe masking as aboveChrome layerAnd saidTransparent conductive filmThe pattern is formed by etching.
[0010]
  The pattern forming apparatus according to the present invention is provided with a vacuum chamber, a gas supply unit and an exhaust unit connected to the vacuum chamber, and the vacuum chamber.Sputtering equipment, An ultraviolet light irradiation device and a substrate holder, the substrate placed on the substrate holderSputtering equipmentByChrome layerCan be formed, andA fluorine-containing gas is introduced from the gas supply means into the vacuum chamber.The substrate placed on the substrate holder can be irradiated with ultraviolet light by the ultraviolet light irradiation device.
[0011]
  Further, the pattern forming apparatus of the present invention is the above-mentionedSputtering equipmentAnd a structure including a partition wall between the ultraviolet light irradiation device and the substrate holder.Sputtering equipmentAnd a configuration in which the partition wall includes an opening for passing through the substrate holder.
[0012]
In the present invention as described above, the reactive layer provided on the material layer is in contact with the reactive gas in the chamber. Of this reactive gas, the reactive layer is activated by the ultraviolet light irradiated through the mask. As a result, the compound layer reacts with the reactive layer, and a compound film is formed on the reactive layer in a predetermined pattern, so that the etching rate of the material layer and the reactive layer is larger than the etching rate of the compound film. By performing etching using the compound film as a mask under various conditions, the pattern of the material layer can be formed. In addition, by forming a reactive layer directly on the substrate without using a material layer and etching the reactive layer on which the compound film is formed as described above, it is possible to form a pattern made of the compound film on the substrate. Become. In particular, when the reactive layer is a chromium layer with a thickness in the range of 15 to 30 mm and the compound film is a chromium-fluorine compound film, the compound film becomes transparent, and the material layer is a transparent conductive film. And a fine pattern made of a transparent chromium-fluorine compound film can be formed. In addition, since the thin film forming means and the ultraviolet light irradiation device are disposed in the chamber, the reactive layer formation and the compound film formation can be continuously performed in the same chamber only by changing the atmospheric gas. The substrate taken out from the pattern forming apparatus of the present invention can form a fine pattern only by performing an etching process.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a process diagram for explaining an example of the pattern forming method of the present invention. In FIG. 1, first, a reactive layer 4 is formed on a material layer 3 which is a pattern formation target provided on a substrate 2 (FIG. 1A).
[0015]
The substrate 2 is not particularly limited, such as a glass substrate, a ceramic substrate, a silicon substrate, a polycarbonate resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyester resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a polystyrene resin, or a metal substrate. It can be selected as appropriate from the relationship, purpose of use, etc.
[0016]
The material layer 3 includes a metal layer such as Al, Si, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, In, Sn, Te, Ta, W, Pt, Au, transparent conductive Film ITO, SnO2 ZnO or a layer of a compound obtained by doping such transparent conductive film with Sb, F, Al, Cd, Si, etc., polyimide, polyimide, SiNx , SiO2 Any insulating layer such as SiO can be applied.
[0017]
Further, the reactive layer 4 is a metal layer such as Al, Si, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, In, Sn, Te, Ta, W, Pt, Au, and the like. Can do. For example, in the case of a metal layer, the reactive layer 4 can be formed by a general film forming method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or a plating method. The thickness of the reactive layer 4 can be set from the thickness of the compound film generated by the reaction with the reactive gas described later, the etching rate of the compound film, the etching rate of the reactive layer and the material layer, and the like. it can. However, if the thickness of the reactive layer 4 is too small, the resulting compound film has insufficient resistance and the etching characteristics are deteriorated. Therefore, the thickness of the reactive layer 4 is preferably 15 mm or more. In order to allow reactive gas to exist between the surface of the reactive layer 4 and the lower surface of the mask plate 6 when the mask plate 6 is placed on the reactive layer 4 as described later, The lower surface of the mask plate 6 is preferably slightly rough.
[0018]
Next, in a chamber (not shown), a mask plate 6 having a predetermined translucent portion 6a is placed on the reactive layer 4, and then a reactive gas is introduced into the chamber (FIG. 1B). ). Any reactive gas may be used as long as it is decomposed by being given activation energy by ultraviolet light and causes a chemical reaction with at least the surface of the reactive layer 4 to produce a compound different from the reactive layer. Other gases can also be used. For example, when a chromium layer is used as the reactive layer 4, as an example of the reactive gas, a gas containing fluorine (SF6 , CFFour , CHFThree , F2 Etc.) can be used.
[0019]
Thereafter, ultraviolet light is irradiated from the mask plate 6 side (FIG. 1C). Thereby, the reactive gas existing between the translucent part 6a and the reactive layer 4 is activated and decomposed by the ultraviolet light transmitted through the translucent part 6a to cause a chemical reaction with the reactive layer 4, A compound film 5 is formed on the surface (FIG. 1D). The ultraviolet light to be used is not particularly limited, and a low pressure mercury lamp, excimer laser, argon laser, nitrogen laser or the like can be used as a light source. In particular, when ultraviolet light irradiation is performed in a vacuum chamber, absorption of short-wavelength ultraviolet light by the atmosphere does not cause a problem. Therefore, it is preferable to use ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less that is high in energy. The mask plate 6 is a glass plate, a metal plate, or the like provided with openings in a predetermined pattern to form a light transmitting portion 6a, or a predetermined shape so that the light transmitting portion 6a is left on the surface of the glass plate. There are no particular restrictions on the light-shielding layer formed in a pattern, but when using ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less as described above, it is preferable to use quartz glass having good ultraviolet light transmittance.
[0020]
Depending on the conditions, a coating film made of a component of the reactive gas to be used may be formed. In the present invention, such a coating film is also included in the compound film.
[0021]
After the compound film 5 is formed in a predetermined pattern as shown in FIG. 1D, the reactive layer 4 and the material layer 3 are selectively etched using the compound film 5 as a mask. That is, the etching is performed under such a condition that the etching rate of the material layer 3 and the reactive layer 4 is higher than the etching rate of the compound film 5. By such etching, only the reactive layer 4 and the material layer 3 in the region where the compound film 5 is formed are left, and the reactive layer 4 and the material layer 3 in other regions are removed to form a desired fine pattern. (FIG. 1E).
[0022]
In the above-described embodiment, irradiation with ultraviolet light is performed in a state where the mask plate 6 is in contact with the reactive layer 4. However, in the pattern forming method of the present invention, the reactive layer 4 and the mask plate 6 are exposed. A gap may be provided.
[0023]
FIG. 2 is a process diagram for explaining another example of the pattern forming method of the present invention. In FIG. 2, first, the reactive layer 14 is formed on the material layer 13 which is a pattern formation target provided on the substrate 12 (FIG. 2A). The substrate 12, the material layer 13 and the reactive layer 14 can be the same as the substrate 2, the material layer 3 and the reactive layer 4 in the pattern forming method described above, and the description thereof is omitted here.
[0024]
Next, after the substrate 12 is placed in a chamber (not shown), a reactive gas is introduced into the chamber, and ultraviolet light is irradiated from the reactive layer 14 side. Thus, the reactive gas is decomposed by being given activation energy by ultraviolet light, and causes a chemical reaction with the reactive layer 14 to form a compound film 15 different from the reactive layer 14 (FIG. 2B). )). The reactive gas and ultraviolet light to be used can be the same as those in the above-described embodiment, and thus description thereof is omitted here.
[0025]
Next, after placing a mask plate 16 having a predetermined opening 16a on the compound film 15, it is placed in an atmosphere of decomposable gas (FIG. 2C). Thereby, the compound film 15 exposed from the opening 16a is decomposed by the decomposable gas, and only the non-exposed region of the compound film 15 remains (FIG. 2D). For example, a gas containing fluorine as a reactive gas (SF6 , CFFour , CHFThree , F2 Etc.), the fluorine compound film 15 can be removed by sputtering the fluorine compound film 15 using argon gas. Alternatively, the fluorine compound film 15 can be decomposed by expelling fluorine by utilizing the difference in reactivity between oxygen and fluorine in an oxygen atmosphere.
[0026]
After the compound film 15 is formed in a predetermined pattern in this way, the reactive layer 14 and the material layer 13 are selectively etched using the compound film 15 as a mask in the same manner as described above. By leaving only the reactive layer 14 and the material layer 13 in the region where the film 15 is formed, the reactive layer 14 and the material layer 13 in other regions can be removed to form a desired fine pattern (FIG. 2). (E)).
[0027]
In the pattern forming method of the present invention described above, when the material layer is an opaque conductive film such as Ag, Cu, Al or the like, there is no upper limit to the thickness of the reactive layer, but the material layer is ITO or the like. When the compound film is required to be transparent, the thickness of the reactive layer (for example, the thickness of 15 to 15) is set so that the visible light transmittance of the formed compound film is 70% or more. 30Å) must be set.
[0028]
In any of the above-described pattern forming methods of the present invention, first, the material layers 3 and 13 are formed on the substrates 2 and 12, and the reactive layers 4 and 14 are formed on the material layers. In the pattern forming method of the present invention, a reactive layer is provided directly on the substrate without forming the material layers 3 and 13, and the reactive layer is formed on the reactive layer. After forming the compound film, the reactive layer may be etched. This is because, as described above, there is a large difference in the etching rate between the reactive layer and the compound film, or the etching rate between the compound film and the compound film decomposing region. This is because only the pattern made of the compound film can be left by etching. In this case, the thickness of the reactive layer is not particularly limited, but when the reactive layer is transparent and the compound film is also required to have transparency, the visible light transmittance of the formed compound film is 70%. It is necessary to set so that it becomes the above, and usually the range of 15-30cm is preferable.
[0029]
Next, the pattern forming apparatus of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the pattern forming apparatus of the present invention. In FIG. 3, the pattern forming apparatus 21 includes a vacuum chamber 22, thin film forming means 26 and an ultraviolet light irradiation device 29 provided in the vacuum chamber 22.
[0030]
The vacuum chamber 22 is divided into two chambers 22a and 22b by a partition wall 23 having an opening 23a. The vacuum chambers 22a and 22b are provided with gas supply pipes 24a and 24b and exhaust pipes 25a and 25b, respectively, and are connected to an external gas supply device (not shown) and an exhaust device (not shown). . The thin film forming means 26 is disposed in one vacuum chamber 22a, and in the illustrated example, is a sputtering apparatus provided with a target 27 and a substrate holder 28 at a position facing the target 27. Further, the ultraviolet light irradiation device is disposed in the other vacuum chamber 22b and includes an irradiation light source 30 and a mask plate 31 having a light transmitting portion 31a. The substrate holder 28 can be reciprocated between the vacuum chamber 22a and the vacuum chamber 22b through the opening 23a of the partition wall 23, and the substrate holder 28 moved from the vacuum chamber 22a to the vacuum chamber 22b is masked. Positioned below the plate 31, the ultraviolet light from the irradiation light source 30 can be irradiated through the mask plate 31. The substrate holder 28 is preferably provided with a heating means for heating the substrate to a predetermined temperature.
[0031]
Next, the operation of the pattern forming apparatus of the present invention will be described together with the pattern forming method of the present invention. First, a desired substrate 42 is placed on the substrate holder 28 located in the vacuum chamber 22a, the inside of the vacuum chamber 22 is reduced to a predetermined pressure by the exhaust pipes 25a and 25b, and then argon gas or the like is supplied from the gas supply pipe 24a. The atmospheric gas is supplied into the vacuum chamber 22 until a predetermined pressure is reached. And the reactive layer 44 is formed on the board | substrate 42 with the sputtering device 26 which is a thin film formation means (FIG. 4 (A)).
[0032]
Next, the inside of the vacuum chamber 22 is depressurized to a predetermined pressure by the exhaust pipes 25a and 25b to remove atmospheric gas such as argon gas, and then the reactive gas is supplied from the gas supply pipe 24b to the predetermined pressure until the predetermined pressure is reached. To do. On the other hand, the substrate holder 28 on which the substrate 42 on which the reactive layer 44 is formed is placed is moved from the vacuum chamber 22a to the vacuum chamber 22b and fixed at a predetermined position below the mask plate 31. In this state, the reactive layer 44 is in contact with the reactive gas, but since the reactive gas is not yet in an active state, the reaction between the reactive gas and the reactive layer 44 does not occur.
[0033]
Next, ultraviolet light is irradiated on the reactive layer 44 from the irradiation light source 30 through the mask plate 31 in a predetermined pattern. By this ultraviolet light irradiation, among the reactive gases in contact with the reactive layer 44, only the reactive gas in the region irradiated with the ultraviolet light is activated and decomposed to cause a chemical reaction with the reactive layer 44, A compound film 45 is formed on the surface (FIG. 4B).
[0034]
As described above, in the pattern forming apparatus 21 of the present invention, the formation of the reactive layer 44 on the substrate 42 and the formation of the compound film 45 having a predetermined pattern on the reactive layer 44 are performed using the gas in the vacuum chamber 22. Can be performed easily and continuously. Therefore, it is not necessary to transfer the substrate 42 between the vacuum chambers, and it is possible to prevent the occurrence of an accident such as adhesion of impurities on the substrate 42 (reactive layer 44). It is possible to reduce the manufacturing time and the manufacturing cost.
[0035]
After the substrate 42 having the compound film 45 formed on the reactive layer 44 as described above is taken out from the pattern forming apparatus 21, it is fine to perform selective etching of the reactive layer 44 using the compound film 45 as a mask. A pattern can be formed (FIG. 4C).
[0036]
In the above-described example, only the reactive layer 44 is formed on the substrate 42 by the sputtering apparatus 26, but a material layer and a reactive layer can be formed on the substrate 42.
[0037]
The sputtering apparatus 26 as a thin film forming means used in the pattern forming apparatus 21 of the present invention can be a conventionally known sputtering apparatus. The ultraviolet light irradiation device 30 can be a low-pressure mercury lamp, excimer laser, argon laser, nitrogen laser, or the like. And in the vacuum chamber 22, since absorption of the short wavelength ultraviolet light by air | atmosphere does not arise, it is preferable to use the ultraviolet light with a wavelength of 200 nm or less with high energy. In addition, the mask plate 31 is a glass plate, a metal plate or the like provided with openings in a predetermined pattern to form a light transmitting portion 31a, or is shielded so as to leave a light transmitting portion 31a having a predetermined pattern on the surface of the glass plate There is no particular limitation on the layer formed, but when using ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less as described above, it is preferable to use quartz glass having good ultraviolet light transmittance.
[0038]
The pattern forming apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the pattern forming apparatus 21, the partition wall 23 is provided, but an embodiment in which the partition wall 23 is not provided is also possible. Further, although the substrate holder 28 can be moved between the sputtering apparatus 26 and the ultraviolet light irradiation apparatus 29, the substrate holder 28 is fixed, and the sputtering apparatus 26 and the ultraviolet light irradiation apparatus 29 are moved with respect to the substrate holder 28. It may be possible. In the pattern forming apparatus 21, a sputtering apparatus is provided as the thin film forming means. However, other conventionally known means such as a vacuum vapor deposition apparatus may be provided as the thin film forming means.
[0039]
Next, formation of the transparent conductive film pattern by the pattern forming method of the present invention will be described using the pattern forming apparatus 21 of the present invention.
[0040]
First, a substrate is placed on a substrate holder 28 located in the vacuum chamber 22a, and a transparent conductive film as a material layer is formed on the substrate by a sputtering apparatus 26 which is a thin film forming means. The substrate constituting the transparent conductive film pattern forming substrate is any one of a glass substrate, a ceramic substrate, a silicon substrate, a polycarbonate resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyester resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a polystyrene resin, or a metal substrate. Although it may be a substrate, its thickness can be appropriately set according to the purpose of use, and can be, for example, about 0.01 to 10 mm. The transparent conductive film can be formed of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), or an alloy thereof. The thickness of the transparent conductive film at this stage is about 1 to 1000 nm.
[0041]
Next, a chromium layer is formed as a reactive layer on the transparent conductive film by the sputtering apparatus 26 which is a thin film forming means in the vacuum chamber 22a. The thickness of the chromium is 30 mm or less, preferably 15 to 30 mm, and more preferably 20 to 25 mm. When the chromium layer is 10 mm or less, the resistance of the chromium-fluorine compound film formed as described later becomes insufficient, and the etching characteristics deteriorate, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 30%, the transparency of the chromium-fluorine compound film becomes insufficient, which is not preferable.
[0042]
Next, the substrate holder 28 on which the substrate is placed is moved from the vacuum chamber 22 a to the vacuum chamber 22 b and fixed at a predetermined position below the mask plate 31. In addition, a reactive gas is introduced into the vacuum chamber 22 to create a reactive gas atmosphere. As the reactive gas, any gas can be used as long as it is activated and decomposed by irradiation with ultraviolet light to cause a chemical reaction with the chromium layer to form a transparent chromium-fluorine compound film. , Fluorine-containing gas (SF6 , CFFour , CHFThree , F2 Etc.) can be used.
[0043]
Next, ultraviolet light is irradiated on the chromium layer from the irradiation light source 30 through the mask plate 31 in a predetermined pattern. By this ultraviolet light irradiation, only the reactive gas in the region irradiated with ultraviolet light is activated and decomposed among the reactive gases in contact with the chromium layer, causing a chemical reaction with the chromium layer, and a transparent chromium-fluorine compound Become a film.
[0044]
Thereafter, the substrate is taken out from the pattern forming apparatus, and the chromium layer and the transparent conductive film are selectively etched using the transparent chromium-fluorine compound film as a mask. As this etching, there is a two-stage etching method in which the etching of the chromium layer as the reactive layer and the etching of the transparent conductive film as the material layer are performed with different etching solutions.
[0045]
In this two-step etching method, first, a chromium layer is etched with a ceric ammonium nitrate solution (the etching rate of the chromium layer is 10 times the etching rate of the chromium-fluorine compound film), and then HCl: H2 O: HNOThree = 1: 1: 0.08 The transparent conductive film can be etched (the etching rate of the transparent conductive film is 10 times the etching rate of the chromium-fluorine compound film).
[0046]
By such etching, leaving only the chromium layer and the transparent conductive film in the region where the chromium-fluorine compound film is formed, and removing the chromium layer and the transparent conductive film in other regions, the transparent conductive film and the transparent conductive film are removed. A fine pattern made of a chromium-fluorine compound film can be formed.
[0047]
In the formation of the transparent conductive film pattern described above, only the chromium layer was formed on the substrate without forming the transparent conductive film as the material layer, and after forming the transparent chromium-fluorine compound film in the same manner as described above, Etching the chromium layer with ceric ammonium nitrate solution using this chromium-fluorine compound film as a mask leaves the region where the chromium-fluorine compound film is formed, and the chromium layer in other regions is removed and transparent. A fine pattern made of a chromium-fluorine compound film can be formed.
[0048]
【Example】
Next, an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail.
Example 1
A 1.1 mm thick Corning 7059 glass substrate is placed on the substrate holder of the pattern forming apparatus of the present invention as shown in FIG. 3, and indium tin oxide (ITO) is transparent by sputtering under the following film forming conditions. A conductive film (thickness 0.2 μm) was formed, and subsequently a chromium layer (chrome layer thickness = 20 mm, 25 mm, 30 mm) was formed on this ITO film by sputtering under the following film forming conditions. For each of these samples, the substrate holder is moved below the mask plate made of quartz glass having a translucent pattern with a minimum of 5 μm line & space (interval between the chromium layer and the mask plate = 1 μm), The chromium layer was irradiated with ultraviolet light from a low-pressure mercury lamp through a mask plate under the following irradiation conditions.
[0049]
ITO deposition conditions
Atmospheric gas: Ar = 100 sccm, O2 = 3sccm
・ Atmospheric pressure: 0.3 Torr
・ RF power: 2.5kW
・ Deposition rate: 2.2 Å / sec
Chromium layer deposition conditions
・ Atmosphere gas: Ar = 30sccm
・ Atmospheric pressure: 0.3 Torr
・ RF power: 100W
・ Deposition rate: 0.48mm / sec
Ultraviolet light irradiation conditions
・ Reactive gas: SF6
・ Atmospheric pressure: 1 Torr
・ Irradiation power: 10 mW / cm2
・ Irradiation time: 4 types of 0 min, 5 min, 10 min, 20 min
Each sample irradiated with ultraviolet light in a reactive gas atmosphere in this manner was taken out of the pattern forming apparatus and subjected to composition analysis using XPS. As a result, a fluorine peak was confirmed at the ultraviolet light irradiated portion of the chromium layer. As a result, formation of a chromium-fluorine compound film was confirmed.
[0050]
Next, for each sample, ceric ammonium nitrate solution and HCl: H2 O: HNOThree = 1: 1: Etching is performed by a two-step etching method using an etching solution of 0.08 to remove the chromium layer and the ITO film other than the chromium-fluorine compound film forming region, and the ITO film and the chromium are formed on the glass substrate. -A fine pattern composed of a laminate of fluorine compound films was obtained.
[0051]
For each sample thus prepared, the transparency, surface resistance and pattern accuracy of the pattern portion were measured and shown in Tables 1 and 2 below.
[0052]
Transparency measurement method
With respect to light having a wavelength of 550 nm, the transmittance of the pattern portion was measured with a transmittance of 100% obtained by forming an ITO film (0.2 μm) on a Corning 7059 glass substrate.
[0053]
Measuring method of surface resistance
It measured using the 4-terminal measuring device (Loresta (type MCP-TESTER)) made from Mitsubishi Oil Chemical Co., Ltd.
[0054]
[Table 1]
Figure 0003668292
[0055]
[Table 2]
Figure 0003668292
As shown in Table 1, it was confirmed that the longer the ultraviolet light irradiation time, the higher the transparency. Moreover, as Table 2 showed, it was confirmed that surface resistance falls, so that ultraviolet light irradiation time is long. However, both the improvement in transparency and the decrease in surface resistance are such that after a certain irradiation time has passed, even if the irradiation time is further increased, there is almost no change.
(Example 2)
The ITO film and chromium were formed on the glass substrate in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the chromium layer was 7 types of 0 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, and 35 mm, and the ultraviolet light irradiation time was 5 minutes. -A fine pattern composed of a laminate of fluorine compound films was obtained.
[0056]
For each sample thus prepared, the pattern accuracy was measured and the patterning property was evaluated, and the results are shown in Table 3 below. Further, the transparency and surface resistance of the pattern portion were measured in the same manner as in Example 1 and are shown in Table 3 below.
[0057]
[Table 3]
Figure 0003668292
As shown in Table 3, when the thickness of the chromium layer was 10 mm, the patterning property was low because the resistance of the chromium-fluorine compound film was insufficient. On the other hand, when the thickness of the chromium layer was 35 mm, the patterning property was good, but the transparency was low and it could not be put to practical use.
[0058]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a substrate on which a reactive layer is formed is placed in a chamber, and a reactive gas is brought into contact with the reactive layer in the chamber through a mask. The reactive gas is activated by the irradiated ultraviolet light to react with the reactive layer, a compound film is formed on the reactive layer in a predetermined pattern, and etching is performed using this compound film as a mask, thereby forming a pattern. Therefore, it is possible to form a fine pattern of the material layer by three steps of (1) reactive layer formation, (2) compound film formation, and (3) etching, which greatly simplifies the process. It is possible to reduce manufacturing costs in microfabrication processes such as manufacturing shadow masks and metal masks, forming wiring and circuit patterns in semiconductor processes, and forming fine patterns in thin films. In the pattern forming apparatus, since the thin film forming means and the ultraviolet light irradiation device are disposed in the chamber, the reactive layer can be formed and the compound film can be formed only by replacing the atmospheric gas (described above). (1) and (2) in 2 steps) can be performed continuously in the same chamber, the pressure reduction time of the chamber can be shortened and dust can be prevented from being mixed. In addition, the substrate can be formed with a fine pattern only by performing an etching process, and the process can be greatly simplified. Further, since the reactive layer is a chromium layer and the compound film is a chromium-fluorine compound film, the compound film becomes transparent. Therefore, when the material layer is a transparent conductive film, the transparent conductive film and the transparent chromium-fluorine compound are used. A substrate having a fine transparent conductive film pattern made of a laminate of films can be obtained, and this transparent conductive film pattern has high durability since a chromium-fluorine compound film is present on the surface. Further, when the reactive layer is formed directly on the substrate without passing through the material layer, it is possible to form a fine pattern made of a transparent chromium-fluorine compound film on the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram for explaining an example of a pattern forming method of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for explaining another example of the pattern forming method of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of a pattern forming apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the pattern forming apparatus and the pattern forming method of the present invention.
[Explanation of symbols]
2, 12, 42 ... substrate
3, 13 ... Material layer
4, 14, 44 ... reactive layer
5, 15, 45 ... Compound membrane
21 ... Pattern forming apparatus
22 (22a, 22b) ... Vacuum chamber
23 ... Bulkhead
23a ... opening
24a, 24b ... gas supply pipes
25a, 25b ... exhaust pipe
26. Thin film forming means (sputtering apparatus)
27 ... Target
28 ... Board holder
29 ... Ultraviolet light irradiation device
30 ... Irradiation light source
31 ... Mask plate

Claims (9)

クロム層を形成した基板をチャンバー内に載置し、該チャンバー内にフッ素含有ガスを供給するとともに、所定のパターンのマスクを介して紫外光を前記クロム層に照射し、前記フッ素含有ガスを活性化して前記クロム層と反応させ前記クロム層上に前記パターンに対応したパターンでクロム−フッ素化合物膜を形成し、
前記クロム−フッ素化合物膜をマスキングとして前記クロム層エッチング液を用いてエッチングしてパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
A substrate on which a chromium layer is formed is placed in a chamber, fluorine-containing gas is supplied into the chamber, and ultraviolet light is irradiated to the chromium layer through a mask having a predetermined pattern to activate the fluorine-containing gas . chromium in a pattern corresponding to the pattern on the chromium layer is reacted with the chromium layer turned into - fluorine compound film is formed,
A pattern forming method comprising forming a pattern by etching the chromium layer with an etchant using the chromium-fluorine compound film as a mask.
クロム層を形成した基板をチャンバー内に載置し、該チャンバー内にフッ素含有ガスを供給するとともに、紫外光を前記クロム層に照射し、前記フッ素含有ガスを活性化して前記クロム層と反応させ前記クロム層上にクロム−フッ素化合物膜を形成し、
前記クロム−フッ素化合物膜のうち所定のパターン領域のみが残るように前記クロム−フッ素化合物膜を分解し、
所定のパターンで残った前記クロム−フッ素化合物膜をマスキングとして前記クロム層をエッチングしてパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
A substrate on which a chromium layer is formed is placed in a chamber, a fluorine-containing gas is supplied into the chamber, and ultraviolet light is irradiated to the chromium layer to activate the fluorine-containing gas to react with the chromium layer. Forming a chromium-fluorine compound film on the chromium layer ;
The chromium - the chromium so that only a predetermined pattern area remains out of the fluorine compound film - fluorine compound film to decompose,
A pattern forming method comprising: forming a pattern by etching the chromium layer using the chromium-fluorine compound film remaining in a predetermined pattern as a mask.
前記紫外光は、波長が200nm以下の紫外光であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパターン形成方法。  The pattern forming method according to claim 1, wherein the ultraviolet light is ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less. 前記クロム−フッ素化合物膜可視光の透過率が70%以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the chromium-fluorine compound film has a visible light transmittance of 70% or more . 前記基板と前記クロム層との間に透明導電膜を設け、前記クロム−フッ素化合物膜をマスキングとして前記クロム層および前記透明導電膜をエッチングしてパターンを形成することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のパターン形成方法。A transparent conductive film is provided between the substrate and the chromium layer, and the chromium layer and the transparent conductive film are etched using the chromium-fluorine compound film as a mask to form a pattern. The pattern formation method according to claim 4. 真空チャンバーと、該真空チャンバーに接続されたガス供給手段および排気手段と、前記真空チャンバー内に配設されたスパッタリング装置、紫外光照射装置および基板ホルダとを備え、該基板ホルダ上に載置した基板に前記スパッタリング装置によりクロム層形成が可能であり、かつ、前記ガス供給手段からフッ素含有ガスを前記真空チャンバー内に導入し前記基板ホルダ上に載置した基板に前記紫外光照射装置により紫外光の照射が可能であることを特徴とするパターン形成装置。A vacuum chamber, a gas supply unit and an exhaust unit connected to the vacuum chamber, and a sputtering device , an ultraviolet light irradiation device, and a substrate holder disposed in the vacuum chamber are mounted on the substrate holder. A chromium layer can be formed on the substrate by the sputtering apparatus , and a fluorine-containing gas is introduced from the gas supply means into the vacuum chamber and placed on the substrate holder. A pattern forming apparatus capable of irradiating with light. 前記スパッタリング装置および前記紫外光照射装置との間に隔壁を備えることを特徴とする請求項6に記載のパターン形成装置。The pattern forming apparatus according to claim 6, further comprising a partition wall between the sputtering apparatus and the ultraviolet light irradiation apparatus. 前記基板ホルダは、前記スパッタリング装置および前記紫外光照射装置との間で移動可能であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のパターン形成装置。The pattern forming apparatus according to claim 6, wherein the substrate holder is movable between the sputtering apparatus and the ultraviolet light irradiation apparatus. 前記隔壁は、前記基板ホルダ通過用の開口部を備えることを特徴とする請求項8に記載のパターン形成装置。  The pattern forming apparatus according to claim 8, wherein the partition wall includes an opening for passing through the substrate holder.
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