JP3901156B2 - マスク形成方法及び除去方法、並びに該手法により製造された半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、カラーフィルタ及び発光素子 - Google Patents
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Description
［発明の属する技術分野］
本発明は、半導体デバイスや液晶デバイス、あるいはその他薄膜積層を有する素子デバイスの製造分野や、高密度実装分野に係り、特にデバイス類の製造の際に減圧環境を必要とせず大気圧の近傍で液状パターン材料を用いてパターンを形成するための、マスクの形成方法およびこの方法により製造された半導体装置に関する。
［背景技術］
従来、半導体装置を製造する際には、ウェハ基板の表面に素子を形成した後、これら素子の上層側に配線パターンを形成するようにしている。
図１５および図１６は、従来のパターニング工程を示す工程図である。図１５（１）に示すような半導体ウェハ１の表面に例えば配線を形成するためには、図示しない絶縁膜が形成された半導体ウェハ１の表面に、図１５（２）に示すようにプラズマＣＶＤを行い、配線層２をその上層に形成する。なお当該配線層２の形成はスパッタリングによって形成してもよい。
このように半導体ウェハ１の上層に配線層２を形成した後は、当該配線層２の上層にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成し、これを感光工程、フォトエッチング工程へと導入し、図１５（３）に示すようにパターンニングされたレジスト膜３を形成する。
そして図１６（１）に示すように、半導体ウェハ１をドライエッチング工程に導入し、レジスト膜３をマスクとして配線層２のエッチングを行う。この状態を図１６（２）に示す。こうしてレジスト膜３の下層のみに配線層２を残した後は、溶剤によって前記配線層２の上層に位置するレジスト膜３の除去を行う。
このような工程を経れば、半導体ウェハ１の表面に配線パターン４を形成することができる。
しかし上述した製造プロセスおよびこのプロセスにより製造された半導体装置では、以下に示すような問題点があった。
すなわち従来の工程は、そのほとんどが真空状態（減圧環境）で行われていることから、これら製造工程では真空処理設備が不可欠である。そしてこれら真空処理設備では、その処理を行うにあたり周辺の排気や冷却水等の基礎設備関連を含めた消費エネルギが莫大になっており、製造工程に必要なエネルギの６割以上を占めているという問題があった。
なお消費エネルギの増加は、真空処理設備の次の構成要素が要因であると考えられる。大気圧の環境から真空状態にワークを搬送させるためのチャンバーロードロックや、処理室を真空にするための複数のドライポンプやターボポンプ、またスループットを向上させるためのチャンバの複数化によって生じるフットプリントの増大、それに伴うクリーンルーム面積の増大、またそれを維持する基礎設備の増加等が挙げられる。
このため、従来減圧下で行われていたスパッタリングやＣＶＤによる成膜を、大気圧下において液状パターン材料を用いて行う手法の開発が進められている。
さらに従来の工程では、被処理部材表面の全面に形成したパターン材料層に対し、エッチングを行うことによりパターンを形成するが、このエッチングに要するエネルギーの使用量が多いという問題がある。
本発明は、上記従来の問題点に着目し、液状パターン材料を用いてパターンを形成するためのマスク形成方法を提供することを目的とする。
加えて本発明は、被処理部材との密着性の向上が可能なマスク形成方法を提供することを目的とする。また、マスクのパターニング性能およびパターン材料によるパターン形成性能の向上が可能なマスク形成方法を提供することを目的とする。
なお本発明は、上記のマスク形成方法を使用して形成したマスクの除去方法を提供することも目的とする。また、上記のマスク形成方法およびマスク除去方法を使用して形成した、半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、カラーフィルタおよび発光素子を提供することも目的とする。
［発明の開示］
上記目的を達成するため、本発明に係るマスク形成方法は、液状のパターン材料を用いて所望パターンを形成するため、被処理部材の表面にマスクを形成する方法であって、前記被処理部材表面の全体につきマスク材料の層を形成するマスク材料形成工程と、前記マスク材料層の前記パターン形成部分につき前記マスク材料を除去することによりパターニングを行うパターニング工程と、前記液状のパターン材料を塗布して前記所望パターンを形成する成膜工程と、前記液状のパターン材料を乾燥、焼成する加熱工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程とを有する構成とした。
なおマスク材料層の形成工程は、湿式の場合には、インクジェット法、ＬＳＭＣＤ法、スピン法、スプレー、ディップまたはダイレクト塗布（ＣＡＰ Ｃｏａｔ）等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法（ＭＯＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、Ｐ−ＣＶＤ、光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ）、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティングまたは電子線照射等によって行うことができる。
なお前記パターニング工程は、被処理部材表面に形成された導電材料パターンに炭酸水等の電解液中で通電することにより、前記導電材料パターン上のマスク材料層を電気分解して除去する構成とした。これにより、導電材料パターンに沿ったパターニングを簡単に行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
また、被処理部材の表面に所定のパターンを形成するためのマスクを形成する方法であって、パターン形成工程の前もしくは後に、前記マスク材料層を加熱処理する加熱工程を有する構成とした。加熱処理により、マスクの機械的強度を向上、マスク材料が液体材料中に混入することを抑制できる。
なお加熱工程は、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等による活性化ガス雰囲気若しくは不活性ガス雰囲気での減圧乾燥、マイクロ波加熱、高周波加熱、昇温ステップ法等によるランプ加熱、または昇温ステップ法等によるヒータ加熱等によって行うことができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材の表面を洗浄する工程を有する構成としてもよい。これにより、不純物の混入を防止することができる。
なお洗浄工程は、湿式の場合には、純水洗浄、オゾン水等による酸化洗浄、界面活性剤による洗剤洗浄、フッ化水素等によるライトエッチング、または有機洗浄等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線洗浄、オゾンガス等による酸化洗浄、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるライトエッチング等によって行うことができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面の全面につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、マスクの密着性を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面の全面につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、マスクの剥離性を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分に対するマスクの密着性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、被処理部材のパターン形成部分以外の部分に対するマスクの剥離性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程と、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、被処理部材のパターン形成部分に対するマスクの密着性を向上させることができるとともに、被処理部材のパターン形成部分以外の部分に対するマスクの剥離性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることが可能となる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分がマスク除去材料になじみやすくなり、パターニング処理時間を短縮することができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分以外の部分がマスク除去材料をはじくようになり、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親液処理を施す工程と、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターニング処理時間を短縮することができるとともに、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面の全面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。なおパターニング工程において、パターン形成部分における撥液処理されたマスク材料は除去される。従って、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の前に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することが可能となり、製造コストを削減することができる。
なお前記加熱処理工程の前に、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の前に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程と、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することができるとともに、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の後に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することが可能となり、製造コストを削減することができる。
なお前記加熱処理工程の後に、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の後に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程と、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することができるとともに、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお親液処理工程は、湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化処理、フッ化水素等の酸による処理、アルカリによる処理、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤による処理、ＳＡＭ膜の形成、または有機溶剤による処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、電子線照射、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはポリエチレン等のプラズマ重合等によって行うことができる。
なお撥液処理工程は、湿式の場合には、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤による処理、ＳＡＭ膜の形成等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等を用いたフッ化処理、フッ素樹脂膜若しくはシリコーン膜等のプラズマ重合、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着等によって行うことができる。
なお前記マスク材料は、フッ素樹脂重合膜、フッ素化合物、レジスト等の有機物表面をフッ化処理した構成としてもよい。なお前記電磁波は、紫外線である構成としてもよい。これにより、マスク材料自体が撥液性を併有するとともに、簡単に親液処理を施すことができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
一方、本発明に係るマスク除去方法は、上記のいずれかに記載のマスク形成方法により形成したマスクを使用し、前記液状のパターン材料を塗布して前記所望パターンを形成した後に、前記マスクを除去する工程を有する構成とした。
なおマスク除去工程は、湿式の場合には、オゾン水等による酸化処理、アセトン若しくはレジスト剥離剤等による有機洗浄、または二酸化炭素等による超臨界処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線照射、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるアッシング等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記マスクの表面における前記パターン材料の残さを除去する工程を有する構成としてもよい。これにより、マスク除去工程の処理時間を短縮することができ、製造コストを削減することができる。
なお残さ除去工程は、湿式の場合には、スピンエッチまたはＣＭＰ等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるエッチバック等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記パターンの表面を成形する工程を有する構成としてもよい。これにより、パターンを損傷することなく所定形状に成形することができる。
なお成形工程は、湿式の場合には、スピンエッチまたはＣＭＰによるマスク上面の被覆膜除去等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるエッチバック等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記被処理部材を洗浄する工程を有する構成としてもよい。これにより、不純物の混入を防止することができる。
なお洗浄工程は、湿式の場合には、純水洗浄、オゾン水等による酸化洗浄、酸・アルカリ洗浄（ＲＣＡ洗浄）、有機洗浄（ＩＰＡ）、フッ化水素等によるライトエッチング、または二酸化炭素等による超臨界処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線洗浄、オゾンガス等による酸化洗浄、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるアッシング等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、マスク除去材料に対する親液処理を行う工程を有する構成としてもよい。これにより、マスク除去材料になじみやすくなり、マスク除去時間を短縮することができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお親液処理工程は、湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化作用、または酸・アルカリ洗浄（ＲＣＡ洗浄）等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはプラズマ重合等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記マスクを予備加熱する工程を有する構成とした。なお、前記マスクを予備加熱する工程は、マスク除去工程の前に行うとよい。これによりマスク除去時間を短縮することが可能となり、製造コストを削減することができる。
なお予備加熱工程は、ランプ加熱または抵抗加熱等によって行うことができる。
なお前記除去工程は、電磁波を照射すると同時に、前記被処理部材を介してマスク材料層を加熱することによって行う構成もしくは、電磁波を照射した後に、前記被処理部材を介して前記マスク材料層を加熱することによって行う構成としてもよい。なお前記マスク材料層の加熱は、前記被処理部材を介することなく、直接前記マスク材料層に対して行う構成としてもよい。これにより、パターニング時間を短縮することができる。
なお前記マスク除去工程の後に、前記パターンの表面を成形する工程を有する構成としてもよい。これにより、パターンの加工精度を向上させることができる。
なお前記マスク除去工程の後に、前記パターンに生じた損傷を修復する工程を有する構成としてもよい。これにより、パターンの物性を向上させることができる。
なお修復処理工程は、マイクロ波加熱、高周波加熱、ランプ加熱、またはヒータ加熱等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の後に、前記パターンの次成膜材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、次成膜に対する密着性を向上させることができる。
なお表面処理工程は、湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化処理、酸・アルカリ処理、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系、アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤処理、ＳＡＭ膜の形成、または有機溶剤処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、電子線照射、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはポリエチレン等のプラズマ重合等によって行うことができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親性処理を施す工程と、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥性処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、被処理部材のパターン形成部分に対するマスクの密着性を向上させることができるとともに、被処理部材のパターン形成部分以外の部分に対するマスクの剥離性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることが可能となる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親性処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分がマスク除去材料になじみやすくなり、パターニング処理時間を短縮することができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥性処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分以外の部分がマスク除去材料をはじくようになり、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親性処理を施す工程と、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥性処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターニング処理時間を短縮することができるとともに、パターニング性能を向上させることができる。
なお、上記の親性処理または撥性処理は、湿式によるパターニング工程の前に行うとよい。
なお前記直接描画工程は、前記被処理部材表面に前記マスク材料の原料ガスを導入するとともに、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分に電磁波を照射して、前記パターン形成部分における前記マスク材料層の形成を阻止することによって行う構成としてもよい。これにより工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
なお前記撥性処理は、フッ素樹脂重合膜を形成することにより行う構成としてもよい。なお前記撥性処理は、表面をフッ化処理することにより行う構成としてもよい。なお前記親性処理は、電磁波を照射することにより行う構成としてもよい。なお前記電磁波は、紫外線である構成としてもよい。これにより、簡単に撥性処理および親性処理を行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお前記パターニング工程の後に、前記被処理部材をフッ素を含むガスに晒すとともに、前記被処理部材に電磁波を照射することにより、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記パターン材料に対する親性処理を施すと同時に、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記パターン材料に対する撥性処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
一方、本発明に係る半導体デバイスは、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って半導体デバイスを製造することができる。
一方、本発明に係る電気回路は、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って電気回路を製造することができる。
一方、本発明に係る表示体モジュールは、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って表示体モジュールを製造することができる。
一方、本発明に係る発光素子は、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って発光素子を製造することができる。
［発明を実施するための最良の形態］
本発明に係るマスク形成方法、マスク除去方法、半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、および発光素子の好ましい実施の形態を、添付図面にしたがって詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
（第１実施形態）
最初に、第１実施形態であるマスク形成方法について説明する。第１実施形態に係るマスク形成方法は、図１（１）に示すように被処理部材１０の表面に形成された金属パターン３０４の上に、図２（２）に示すような新たなパターン３１０を形成するため、金属パターン３０４に電解液中で通電し、金属パターン３０４上のマスク材料層を電気分解して除去することにより、パターニングを行うものである。被処理部材表面の全体につきマスク材料層を形成する第１工程と、マスク材料層を加熱させる第２工程と、電解液中でパターン形成部分のマスク材料層を除去することによりパターニングを行う第３工程と、マスク材料層を加熱処理する第４工程と、を有するものである。また、第１実施形態における被処理部材は、シリコンウエハ等である。
最初に、マスク形成方法について説明する。なお、図１（１）に示すように、表面に配線等の金属パターン３０４を形成し、さらに金属パターン形成部分以外の部分に絶縁膜３０６を形成した被処理部材１０を例として、以下に説明する。この際のフローチャートは図３に示す。
まず、被処理部材を洗浄するとともに、表面を親液処理する（Ｓ３５０）。被処理部材の洗浄装置は、湿式の場合は、浸漬、揺動、超音波振動、スプレーなどの機能を伴って、超純水や薬液による洗浄を繰り返すものである。また、被処理部材を配置したチャンバにフッ化水素を導入して、表面の酸化膜をエッチングする洗浄装置を使用してもよい。一方、乾式の場合は、酸素を含む雰囲気中で被処理部材に紫外線を照射し、表面に付着している有機物と反応させて有機物を除去する装置を使用することができる。
次に、図１（２）に示すように、被処理部材の表面にマスク材料としてのフッ素樹脂重合膜３０８を形成する（Ｓ３５２）。なおフッ素樹脂重合膜以外にも、シリコーン樹脂重合膜等の撥液を有する材料をマスクとして使用することも可能である。好適には、電磁波に対して揮発性を有することが好ましい。フッ素樹脂重合膜の原料液として、Ｃ４Ｆ１０やＣ８Ｆ１８などの直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物を使用する。直鎖状ＰＦＣのガスをプラズマ化すると、直鎖状ＰＦＣが活性となり、これが被処理部材の表面に到達して重合することにより、被処理部材の表面にフッ素樹脂重合膜が形成される。
フッ素樹脂重合膜の形成には、以下のような重合膜形成装置を使用する。図４に重合膜形成装置の説明図を示す。撥液処理装置１３０は、処理室１３１を有し、処理室１３１内に設けた処理ステージ１３２の上に、シリコンウエハなどの被処理部材１０を配置するようにしてある。そして、処理室１３１の上下には高周波電極１３４を有し、高周波電源１３５に接続してある。
また処理室１３１には、流量制御弁１１２を備えた供給配管１０２を介して、処理ガス供給部１０４が接続してある。この処理ガス供給部１０４は、Ｃ４Ｆ１０やＣ８Ｆ１８などの直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物１０６を貯溜する容器１０８を有している。そして、容器１０８には、加熱部となるヒータ１１０が設けてあって、液体有機物１０６を加熱して気化できるようになっている。また、供給配管１０２の流量制御弁１１２の下流側には、流量制御弁１１４を備えたキャリア配管１１６を介して、キャリアガス供給部１１８が接続してある。キャリアガスには窒素やアルゴンなどの不活性なガスを使用する。
なお図４の破線に示すように、供給配管１０２には、流量制御弁１２０を有する配管１２２を介して、第２処理ガス供給部１２４を接続することもできる。この場合には、第２処理ガス供給部１２４からＣＦ４を第２処理ガスとして液体有機物１０６の蒸気に添加する。処理室１３１では、この有機物蒸気とＣＦ４との混合ガスをプラズマ化する。すると、活性化したフッ素が液体有機物１０６の蒸気と反応し、被処理部材１０の表面で重合させた膜中のフッ素脱離部分に取り込まれて、重合膜の撥液性を向上させることができる。
次に、電気分解によりフッ素樹脂重合膜のパターニングを行う（Ｓ３５４）。
図５に電気分解装置の説明図を示す。電気分解装置３３０は、電解液３３８を満たした容器３３１を有している。電解液は、イオン分解されているものであればよく、炭酸水やめっき液を使用することができる。電解液３３８の中には電極３３４が配置されるとともに、被処理部材１０が浸漬可能とされている。そして、浸漬した被処理部材１０の金属パターン３０４と、電極３３４との間に電圧を印加するため、電源３３５を備えている。具体的には、まず図５に示す電気分解装置３３０の電解液３３８の中に、被処理部材１０を浸漬する。次に、被処理部材１０表面の金属パターン３０４と、電極３３４との間に電圧を印加する。すると、金属パターン３０４上の重合膜３０８が電気分解されて除去される。これにより、図１（３）に示すように、金属パターン３０４に沿って重合膜３０８がパターニングされる。
なお電気分解の前に、フッ素樹脂重合膜のパターン形成部分につき、電解液に対する親液処理を行ってもよい。具体的には、重合膜３０８におけるパターン形成部分に紫外線等を照射することにより、重合膜の一部を分解して除去すればよい。これにより、電解液が重合膜になじみやすくなり、パターニングが促進されて処理時間を短縮することができる。
なお電気分解の後に、パターン形成部分にさらなる親液性を付与するため、紫外線の照射等による親液処理を追加してもよい（Ｓ３８０）。これにより、被処理部材表面とパターン材料との密着性を向上させることができる。
また、フッ素樹脂重合膜を加熱処理してもよい。
加熱処理は、ベーク炉で行う。ベーク炉は、利用する加熱方法によって異なる。対流法を用いたベーク炉は、ヒータで加熱した空気または窒素ガスを炉内に流してマスク材料層の表面から加熱するものである。照射法は赤外光またはマイクロ波を上方から照射し、マスク材料層中に吸収させて加熱するものである。これらに対して伝導法は、被処理部材の下にある発熱体からの熱伝導を利用して加熱するものであり、被処理部材の温度を一定に保ちやすい。なお、炉内を減圧可能とする構造を採用することにより、内部に含まれる低分子有機物を短時間で放出させることができる。これにより、重合膜内部に含まれる低分子有機物を蒸発させて除去することができ、後述する成膜工程において、低分子有機物がパターン材料に混入するのを防止することができる。
なお電気分解の前に、フッ素樹脂重合膜のパターン形成部分につき、電解液に対する親液処理を行ってもよい。具体的には、重合膜３０８におけるパターン形成部分に紫外線等を照射することにより、重合膜の一部を分解して除去すればよい。これにより、電解液が重合膜になじみやすくなり、パターニングが促進されて処理時間を短縮することができる。
以上により、パターン材料に対するマスクが形成される。
その後、図２（１）に示すように、被処理部材の表面にパターン材料溶液を塗布して成膜する（Ｓ３５６）。なおフッ素樹脂重合膜は、パターン材料に対する撥液性を有するので、マスク材料の上にパターン材料が堆積することはない。次に、パターン材料溶液を乾燥させ、続けて加熱処理処理する。さらに、マスク材料としてのフッ素樹脂重合膜３０８を除去すれば、図２（２）に示す完成状態となる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態におけるマスク除去工程は、重合膜に紫外線を照射することによって行う。図６に示す表面改質装置４３０の処理室４３２内に被処理部材１０を配置し、処理室４３２の上方に紫外線ランプ４４０を配置する。なお紫外線ランプ４４０は、大気中で点灯すると焼き付いてしまうので、窒素ガスで置換可能とした紫外線ランプ室４４２内に配置する。そして、紫外線ランプ室４４２における処理室４３２側の壁面は、紫外線を透過するガラス板４４１で構成し、被処理部材１０に紫外線を照射可能とする。一方、処理室４３２における紫外線ランプ室４４２側の壁面は、紫外線を透過する蛍石４３１で構成し、被処理部材に紫外線を照射可能とするとともに、処理室４３２に供給されるフッ素の励起活性種によりガラス板４４１が浸食されるのを防止する。次に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを、処理ガス供給路４３５から処理室４３２内に導入し、紫外線を被処理部材１０表面に照射することで、フッ素樹脂重合膜の結合を切断して除去する。
なお、フッ素樹脂重合膜のように、熱により分解が促進されるマスク材料を使用する場合には、加熱することにより、パターニング時間を短縮することも可能である。例えば、紫外線照射と同時に、フッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角を図７に示す。なお図７では、照射した紫外線の波長は１７２ｎｍであり、各基板温度についてパターニング時間を同一としている。また、パターニング後の基板表面の接触角が低いほど、撥液を有するフッ素樹脂重合膜が分解・除去されたことを示している。図７から、基板温度を室温の２５℃とした場合に比べて、１２０℃以上とした場合に、接触角が著しく低下していることがわかる。従って、パターニング時間を短縮することが可能となる。
また、マスク材料に紫外線を照射した後に、加熱処理を行うことによっても、処理時間を短縮することが可能である。例えば、室温で紫外線を照射した後に、フッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角を図８に示す。なお図８では、照射した紫外線の波長は１７２ｎｍであり、各基板温度について紫外線照射時間及び加熱時間を同一としている。
図８から、基板温度を室温の２５℃とした場合に比べて、１２０℃以上とした場合に、接触角が著しく低下していることがわかる。従って、パターニング時間を短縮することが可能となる。
また、活性化したオゾンガスまたは酸素ガスに晒すことにより、重合膜を燃焼させて除去してもよい。この場合、フッ素樹脂重合膜は二酸化炭素ガスおよびフッ素ガスに分解され除去される。
なお上記の加熱処理は、熱容量の小さいマスク材料層のみを加熱することが、省エネルギーの観点からは好ましい。
なお、重合膜の除去前または重合膜の除去後に、形成したパターンを所定高さとし、その表面を平らにする断面成形を行ってもよい。これにより、パターンの加工精度が向上する。この成形工程は、エッチバックやＣＭＰ（科学機械的研磨）等によって行う。また、成形等に伴ってパターンが損傷した場合には、その修復を行うのが好ましい。これにより、パターンの物性が向上する。
なお、形成したパターンの次成膜として保護膜等を形成する場合には、重合膜の除去後に、その次成膜に対する親液処理を行っておくのが好ましい。これにより、次成膜との密着性を向上させることができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお、装置から装置へと被処理部材を送る搬送装置には、ウエハを１枚ずつ送る枚葉式と、被処理部材をカセットに収納して一度に複数枚を送るバッチ式とがある。枚葉式には、空気搬送やベルト搬送等がある。このうち空気搬送は、被処理部材の裏面側から斜め上方に空気を吹き付けて、被処理部材を浮上させるとともに一方向への推進力を与えるものである。一方のバッチ式は、被処理部材を収納したカセットを、無人搬送車（ＡＧＶ）やロボット等により搬送するものである。前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
上述した第１実施形態に係るマスク形成方法では、被処理部材表面に形成された金属パターンに電解液中で通電して、金属パターン上のマスク材料層を電気分解して除去することにより、パターニングを行う構成としたので、金属パターンに沿ったパターニングを簡単に行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
本発明のパターン形成方法により、機能的な薄膜を基板上に形成した構造体は、例えば半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、発光素子などに適用される。
（実施例２）
第２の実施例として、発光素子の発光層に使用する有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の薄膜を、ガラス基板６００上に形成された図中記載の透明導電部材６０１と対をなす電極６０７を形成して、発光部材６０５を挟み込む形で素子形成工程の一例を、図９〜１１に簡単に示す。
まず、図９（１）〜（３）に示すように、ガラス基板６００上の全面に、透明導電部材６０１を形成し、エッチングにて所望パターンを形成する。
なお、好適には、ガラス基板６００は、第１の実施例で示したように、湿式もしくは、乾式の洗浄を行う。
なお、本実施例では、透明導電部材６０１を全面に形成した後、エッチングにてパターンを形成したが、液体の透明導電部材６０１を用いて、パターン形成部以外の領域を撥液処理を行い、パターン形成部のみに透明導電部材を塗布する手法を用いることも可能である。この際に、パターン形成部を親液処理することが、好適には行われる。
次に、図９（４）及び（５）に示すように、ガラス基板６００上の全面に、遮光部材６０２を形成し、画素の開口領域の遮光部材６０２を除去することで、所望パターンを形成する。
次に、図９（６）に示すように、ガラス基板６００上の全面に、フッ素樹脂重合膜６０３を形成する。ここでは、フッ素樹脂重合膜６０３の形成は、第１の実施例で示したフッ素重合膜の形成を用いている。
次に、図１０（７）に示すように、画素の開口領域のフッ素樹脂重合膜６０３を除去することで、所望パターンを形成する。ここでは、ガラス基板６００に形成された透明導電部材６０１パターンに電解液中で通電することにより、前記透明導電部材６０１パターン上のマスク材料層を電気分解して除去する構成としてもよい。これにより、導電材料パターンに沿ったパターニングを簡単に行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお、撥液処理工程は、湿式の場合には、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤による処理、ＳＡＭ膜の形成等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等を用いたフッ化処理、フッ素樹脂膜若しくはシリコーン膜等のプラズマ重合、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着等によって行うことができる。
また、撥液処理工程の前に、表面の洗浄を行うことで、撥液膜の機械的な密着性を向上させることが可能となる。湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化作用、または酸・アルカリ洗浄（ＲＣＡ洗浄）等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはプラズマ重合等によって行うことができる。
なお、第１実施例で示したように、パターン形成中に、ガラス基板６００を加熱し、パターン形成時間を短縮することも可能である。
なお、第１実施例で示したように、パターン形成後にガラス基板６００を１２０℃で５分間加熱し、フッ素重合膜６０３中の低分子部を除去する。次に、図１０（８）及び図１０（９）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の正孔注入部材６０４を塗布し、乾燥、焼成して正孔注入部材６０４を形成する。
なお、正孔注入部材６０４の供給方法は、湿式の場合には、インクジェット法、ＬＳＭＣＤ法、スピン法、スプレー、ディップまたはダイレクト塗布（ＣＡＰ Ｃｏａｔ）等によって行うことができる。塗布方法は、本実施例の本質ではない。
次に、図１０（１０）及び（１１）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の発光部材６０５を塗布し、乾燥、焼成して発光部材６０５を形成する。
次に、図１１（１２）及び（１３）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の電子輸送部材６０６を塗布し、乾燥、焼成して発光部材６０６を形成する。
次に、図１１（１４）及び（１５）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の電極６０７の部材を塗布し、乾燥、焼成して電極６０７を形成する。
最後に、図１１（１６）に示すように、マスク除去工程は、フッ素樹脂重合膜６０３に紫外線を照射することによって行う。紫外線は、フッ素樹脂重合膜６０３の結合を切断して除去する。
なお、第一の実施例で示したように、熱により分解が促進されるマスク材料を使用する場合には、加熱することにより、パターニング時間を短縮することも可能である。
また、マスク材料に紫外線を照射した後に、加熱処理を行うことによっても、処理時間を短縮することが可能である。従って、パターニング時間を短縮することが可能となる。
また、活性化したオゾンガスまたは酸素ガスに晒すことにより、重合膜を燃焼させて除去してもよい。この場合、フッ素樹脂重合膜６０３は二酸化炭素ガスおよびフッ素ガスに分解され除去される。
なお上記の加熱処理は、熱容量の小さいマスク材料層のみを加熱することが、省エネルギーの観点からは好ましい。
なおマスク除去工程は、湿式の場合には、オゾン水等による酸化処理、アセトン若しくはレジスト剥離剤等による有機洗浄、または二酸化炭素等による超臨界処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、本実施例で示した紫外線照射以外にも、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるアッシング等によって行うことができる。
なお、重合膜の除去前または重合膜の除去後に、形成したパターンを所定高さとし、その表面を平らにする断面成形を行ってもよい。これにより、パターンの加工精度が向上する。この成形工程は、エッチバックやＣＭＰ（科学機械的研磨）等によって行う。また、成形等に伴ってパターンが損傷した場合には、その修復を行うのが好ましい。これにより、パターンの物性が向上する。
以上によって、自発光素子を形成することが可能である。
なお、形成したパターンの次成膜として保護膜等を形成する場合には、重合膜の除去後に、その次成膜に対する親液処理を行っておくのが好ましい。これにより、次成膜との密着性を向上させることができる。
なお、本実施例では、電極６０７は液体状部材で形成されているが、乾式のプラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法（ＭＯＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、Ｐ−ＣＶＤ、光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ）、蒸着法、スパッタ法等によって基板全面に形成した後、エッチングにより、電極６０７を形成することができる。
なお、本実施例では、撥液処理を１回行った例を示したが、液体材料を塗布する各部材形成工程の前に適宜入れることも可能である。
なお、各工程の前に洗浄を行うことで、膜の密着性を向上させることも可能である。
なお前記マスク除去工程の前に、前記マスクの表面における前記パターン材料の残さを除去する工程を有する構成としてもよい。残さ除去工程は、湿式の場合には、スピンエッチまたはＣＭＰ等によって行うことができる。これにより、マスク除去工程の処理時間を短縮することができ、製造コストを削減することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係るマスク形成方法は、第１実施形態におけるマスク材料層のパターニング工程の後に、被処理部材表面にフッ素を含むガスを導入するとともに、被処理部材表面に紫外線を照射することにより、被処理部材表面のパターン形成部分につきパターン材料に対する親性処理を施すと同時に、被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につきパターン材料に対する撥性処理を施す表面改質工程を有するものである。なお、第１ないし第２実施形態と同じ構成となる部分については、その説明を省略する。
表面改質装置は、図６に示す説明図と同様である。ただし、その処理室４３２の前後には、処理ガス供給路４３５および処理ガス排出路４３６を形成する。処理ガス供給路を通して、いわゆるリモートプラズマにより外部で活性化されたフッ素を含むガスを、処理室４３２内に供給する点で異なる。また、処理ガス排出路４３６は図示しないスクラバに接続し、排出ガスの除害を行う。
一方、処理室４３２の上方に紫外線ランプ４４０を配置する。なお紫外線ランプ４４０は、大気中で点灯すると焼き付いてしまうので、窒素ガスで置換可能とした紫外線ランプ室４４２内に配置する。そして、紫外線ランプ室４４２における処理室４３２側の壁面は、紫外線を透過するガラス板４４１で構成し、被処理部材１０に紫外線を照射可能とする。一方、処理室４３２における紫外線ランプ室４４２側の壁面は、紫外線を透過する蛍石４３１で構成し、被処理部材に紫外線を照射可能とするとともに、処理室４３２に供給されるフッ素の励起活性種によりガラス板４４１が浸食されるのを防止する。
次に、第３実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法の各工程について、工程順に詳細に説明する。図１２に第３実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法のフローチャートを示す。
最初に、マスク形成方法について説明する。なお、パターニング工程までは第１実施形態と同様である。
次に、レジストを表面改質する（Ｓ４５２）。具体的には、パターニングされたレジストの表面をフッ化処理する。まず、図６に示す表面改質装置４３０の処理室４３２内に被処理部材１０を配置する。次に、リモートプラズマにより予め活性化されたＣＦ４ガス等のフッ素を含むガスを、処理ガス供給路４３５から処理室４３２内に導入する。すると、フッ素の励起活性種がレジスト等の有機物と反応し、その表面に撥液性を有するフッ素化合物を生成する。なおリモートプラズマは、高周波電圧を印加する方法に限られず、電子線または紫外線を照射する方法によっても、フッ素を含むガスを活性化することができる。一方、パターン形成部分には、シリコン酸化膜等が露出しているので、活性化されたフッ素を含むガスに晒されても撥液性を生じない。
またこれと同時に、被処理部材１０の表面に紫外線を照射する。すると、フッ素の励起活性種とレジスト膜との反応が促進され、レジスト膜の表面に大きな撥液性が付与される。一方、パターン形成部分におけるシリコン酸化膜等の表面からはフッ素化合物が除去され、シリコン酸化膜が元来有する親液性が積極的に維持される。
なお、パターン形成部分にさらなる親液性を付与するため、紫外線の照射等による親性処理を追加してもよい（Ｓ４８０）。これにより、被処理部材とパターン材料との密着性を向上させることができる。
なお、レジストを加熱処理する前に、上述したレジストの表面改質を行うのが好ましい。加熱処理によりレジストの反応が終了する前であれば、フッ素をレジストと反応させて容易にフッ化処理を行うことができるからである。
以上により、パターン材料に対するマスクが形成される。
上述した第３実施形態に係るマスク形成方法では、被処理部材表面にフッ素を含むガスを導入するとともに、被処理部材に紫外線を照射することにより、被処理部材表面のパターン形成部分につきパターン材料に対する親性処理を施すと同時に、被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につきパターン材料に対する撥性処理を施す工程を有する構成としたので、工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
なお上記には、レジストおよびシリコン酸化物を表面に有する被処理部材を例にして、選択的に表面改質する方法について説明したが、本実施形態はこれに限られず、レジスト以外の有機物およびシリコン酸化物以外の酸化物を表面に有する被処理部材について、広く適用することができる。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るマスク形成方法は、被処理部材表面にマスク材料の原料ガスを導入するとともに、被処理部材表面のパターン形成部分に紫外線を照射することにより、パターン形成部分におけるマスク材料層の形成を阻止して、被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク材料層を直接描画するものである。なお、第１ないし第３実施形態と同じ構成となる部分については、その説明を省略する。
上述したフッ素樹脂重合膜の形成及び紫外線の照射は、以下のような撥性処理装置を使用して行う。図１３に直接描画装置の説明図を示す。撥性処理装置５３０は処理チャンバ５３１を有し、処理チャンバ５３１内には被処理部材１０を載置可能なステージ５３２を形成する。また、その上方にはマスク３０を配置可能とする。一方、チャンバ５３１の上方に紫外線ランプ５４２を配置する。なお紫外線ランプ５４２は、大気中で点灯すると焼き付いてしまうので、窒素ガス５４３で置換可能とした紫外線ランプ室５４１内に配置する。そして、紫外線ランプ室５４１と処理チャンバ５３１との境界面は、紫外線を透過する蛍石５４４で構成し、被処理部材に紫外線を照射可能とするとともに、処理チャンバ５３１に供給されるフッ素の励起活性種により浸食されるのを防止する。
また処理チャンバ５３１には、供給配管５３５を介して、プラズマチャンバ５３３を接続する。プラズマチャンバは対向電極５３４の間に形成し、対向電極５３４には高周波電源５３６を接続する。さらにプラズマチャンバ５３３には、流量制御弁５１２を備えた供給配管５０２を介して、処理ガス供給部５０４を接続する。この処理ガス供給部５０４は、フロリナートなどの直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物５０６を貯溜する容器５０８を有している。そして容器５０８には、加熱部となるヒータ５１０が設けてあって、液体有機物５０６を加熱して気化できるようになっている。また、供給配管５０２の流量制御弁５１２の下流側には、流量制御弁５１４を備えたキャリア配管５１６を介して、キャリアガス供給部５１８が接続してある。キャリアガスには窒素やアルゴンなどの不活性なガスを使用する。さらに、図１３の破線に示すように、供給配管５０２に流量制御弁５２０を有する配管５２２を介して第２処理ガス供給部５２４を接続する。そして、第２処理ガス供給部５２４からＣＦ４を第２処理ガスとして液体有機物５０６の蒸気に添加する。
次に、第４実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法の各工程について、工程順に詳細に説明する。図１４に第４実施形態に係るマスク形成方法のフローチャートを示す。
最初に、マスク形成方法について説明する。
まず、被処理部材を洗浄するとともに、表面を親性処理する（Ｓ５５０）
次に、重合膜の形成とパターニングとを同時に行う（Ｓ５５２）。具体的には、図１３に示すように、被処理部材１０を撥性処理装置５３０のステージ５３２上にセットし、その上方にマスク３０を配置する。次に、紫外線ランプ５４２を点灯させ、被処理部材１０に紫外線５４８を照射する。上述したようにマスク３０は、被処理部材１０のパターン形成部分に相当する部分のみが透光性を有するので、マスク３０を介してパターン形成部分のみに紫外線５４８が照射される。
同時に、活性化した原料ガス５３８をチャンバ内に供給し、被処理部材１０の表面にフッ素樹脂重合膜を形成する。具体的には、直鎖状ＰＦＣ等からなる液体有機物５０６を加熱して気化させ、キャリアガスとともにプラズマチャンバ５３３に導入する。なお、必要に応じてＣＦ４等の低分子ＰＦＣガスを添加する。プラズマチャンバ５３３において、直鎖状ＰＦＣの蒸気に高周波電圧を印加すると、直鎖状ＰＦＣの結合が一部切断されて活性状態となる。この活性化した直鎖状ＰＦＣを、処理チャンバ５３１に供給する。なお高周波電圧の印加以外でも、電子線を照射することにより、また紫外線を照射することにより、直鎖状ＰＦＣを活性化することができる。
上記により、被処理部材１０表面のパターン形成部分以外の部分では、当該部分に到達した活性な直鎖状ＰＦＣが重合し、フッ素樹脂重合膜が形成される。なお、重合膜の厚さは１００オングストローム以下に形成する。一方、パターン形成部分では、紫外線により重合反応が阻止され、また形成された重合膜の結合が切断されて、フッ素樹脂重合膜の形成が阻止される。加えて、当該部分に付着していたレジスト等の有機物も除去されるので、当該部分に親液性が付与される。
なお、パターン形成部分にさらなる親液性を付与するため、紫外線の照射等による親性処理を追加してもよい（Ｓ５８０）これにより、被処理部材とパターン材料との密着性を向上させることができる。
また、フッ素樹脂重合膜を加熱処理してもよい（Ｓ５８２）。これにより、重合膜内部に含まれる低分子有機物を蒸発させて除去することにより、その後の成膜工程において、低分子有機物がパターン材料に混入するのを防止することができる。なお、加熱処理は重合膜の形成と同時に行ってもよい。
以上により、パターン材料に対するマスクが形成される。
上述した第４実施形態に係るマスク形成方法では、被処理部材表面にマスク材料の原料ガスを導入するとともに、被処理部材表面のパターン形成部分に紫外線を照射することにより、パターン形成部分におけるマスク材料層の形成を阻止して、直接描画工程を行う構成としたので、工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
なお、上記には重合膜の形成と同時に光を照射して直接描画する方法について説明したが、これ以外にも、被処理部材の表面に、パターン形成部分以外の部分に開口部を有するハードマスクを載置して、開口部に重合膜を形成することにより直接描画することも可能である。
また、マスク材料を直接描画すると同時に、光を照射することにより、マスク材料を硬化させてもよい。また、マスク材料を供給すると同時に、光の照射を行うことにより、光の照射部分のマスク材料を硬化させつつ直接描画してもよい。この際に、被処理材を加熱する等を併用しても良い。
なお、本発明のパターン形成方法により、機能的な薄膜を基板上に形成した構造体は、例えば半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、発光素子などに適用される。なお上記機能的薄膜の膜厚は、微細構造体を如何なる用途のものにするかにより任意であるが、０．０２〜４μｍとするのが好ましい。
これらに本発明のパターン形成方法を適用したものは高品質であり、その製造工程の簡略化、製造コスト面においても従来法に勝るものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１実施形態に係るマスク形成方法の第１説明図である。
図２は、第１実施形態に係るマスク形成方法の第２説明図である。
図３は、第１実施形態に係るマスク形成方法のフローチャートの図である。
図４は、重合膜形成装置の説明図である。
図５は、電気分解装置の説明図である。
図６は、第１実施形態に係るマスク除去装置の説明図である。
図７は、紫外線照射と同時にフッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角の変化を示すグラフである。
図８は、紫外線を照射した後にフッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角の変化を示すグラフである。
図９は、第１実施形態に係る有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子形成工程の第１説明図である。
図１０は、第１実施形態に係る有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子形成工程の第２説明図である。
図１１は、第１実施形態に係る有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子形成工程の第３説明図である。
図１２は、第３実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法のフローチャートの図である。
図１３は、直接描画装置の説明図である。
図１４は、第４実施形態に係るマスク形成方法のフローチャートの図である。
図１５は、従来のパターニング工程を示す第１工程図である。
図１６は、従来のパターニング工程を示す第２工程図である。
［符号の説明］
１０ 被処理部材
１０２ 供給配管
１０４ 処理ガス供給部
１０６ 液体有機物
１０８ 容器
１１０ ヒータ
１１２ 流量制御弁
１１４ 流量制御弁
１１６ キャリア配管
１１８ キャリアガス供給部
１２０ 流量制御弁
１２２ 配管
１２４ 第２処理ガス供給部
１３０ 重合膜形成装置
１３１ 処理室
１３２ 処理ステージ
１３４ 高周波電極
１３５ 高周波電源
３０４ 金属パターン
３０６ 絶縁膜
３０８ 重合膜
３１０ 新たなパターン
３３０ 電気分解装置
３３１ 容器
３３４ 電極
３３５ 電源
３３８ 電解液
４３０ マスク除去装置
４３１ 蛍石
４３２ 処理室
４３３ 処理ステージ
４３５ 処理ガス供給路
４３６ 処理ガス排出路
４３８ 封止部材
４４０ 紫外線ランプ
４４１ ガラス板
４４２ 紫外線ランプ室
５０２ 供給配管
５０４ 処理ガス供給部
５０６ 液体有機物
５０８ 容器
５１０ ヒータ
５１２ 流量制御弁
５１４ 流量制御弁
５１６ キャリア配管
５１８ キャリアガス供給部
５２０ 流量制御弁
５２２ 配管
５２４ 第２処理ガス供給部
５３０ 撥性処理装置
５３１ 処理チャンバ
５３２ ステージ
５３３ プラズマチャンバ
５３４ 対向電極
５３５ 供給配管
５３６ 高周波電源
５３８ 原料ガス
５４１ 紫外線ランプ室
５４２ 紫外線ランプ
５４３ 窒素ガス
５４４ 蛍石
５４８ 紫外線
６００ ガラス基板
６０１ 透明電極
６０２ 遮光部材
６０３ フッ素樹脂重合膜
６０４ 正孔注入部材
６０５ 自発光部材
６０６ 電子輸送部材
６０７ 電極
本発明は、半導体デバイスや液晶デバイス、あるいはその他薄膜積層を有する素子デバイスの製造分野や、高密度実装分野に係り、特にデバイス類の製造の際に減圧環境を必要とせず大気圧の近傍で液状パターン材料を用いてパターンを形成するための、マスクの形成方法およびこの方法により製造された半導体装置に関する。
［背景技術］
従来、半導体装置を製造する際には、ウェハ基板の表面に素子を形成した後、これら素子の上層側に配線パターンを形成するようにしている。
図１５および図１６は、従来のパターニング工程を示す工程図である。図１５（１）に示すような半導体ウェハ１の表面に例えば配線を形成するためには、図示しない絶縁膜が形成された半導体ウェハ１の表面に、図１５（２）に示すようにプラズマＣＶＤを行い、配線層２をその上層に形成する。なお当該配線層２の形成はスパッタリングによって形成してもよい。
このように半導体ウェハ１の上層に配線層２を形成した後は、当該配線層２の上層にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成し、これを感光工程、フォトエッチング工程へと導入し、図１５（３）に示すようにパターンニングされたレジスト膜３を形成する。
そして図１６（１）に示すように、半導体ウェハ１をドライエッチング工程に導入し、レジスト膜３をマスクとして配線層２のエッチングを行う。この状態を図１６（２）に示す。こうしてレジスト膜３の下層のみに配線層２を残した後は、溶剤によって前記配線層２の上層に位置するレジスト膜３の除去を行う。
このような工程を経れば、半導体ウェハ１の表面に配線パターン４を形成することができる。
しかし上述した製造プロセスおよびこのプロセスにより製造された半導体装置では、以下に示すような問題点があった。
すなわち従来の工程は、そのほとんどが真空状態（減圧環境）で行われていることから、これら製造工程では真空処理設備が不可欠である。そしてこれら真空処理設備では、その処理を行うにあたり周辺の排気や冷却水等の基礎設備関連を含めた消費エネルギが莫大になっており、製造工程に必要なエネルギの６割以上を占めているという問題があった。
なお消費エネルギの増加は、真空処理設備の次の構成要素が要因であると考えられる。大気圧の環境から真空状態にワークを搬送させるためのチャンバーロードロックや、処理室を真空にするための複数のドライポンプやターボポンプ、またスループットを向上させるためのチャンバの複数化によって生じるフットプリントの増大、それに伴うクリーンルーム面積の増大、またそれを維持する基礎設備の増加等が挙げられる。
このため、従来減圧下で行われていたスパッタリングやＣＶＤによる成膜を、大気圧下において液状パターン材料を用いて行う手法の開発が進められている。
さらに従来の工程では、被処理部材表面の全面に形成したパターン材料層に対し、エッチングを行うことによりパターンを形成するが、このエッチングに要するエネルギーの使用量が多いという問題がある。
本発明は、上記従来の問題点に着目し、液状パターン材料を用いてパターンを形成するためのマスク形成方法を提供することを目的とする。
加えて本発明は、被処理部材との密着性の向上が可能なマスク形成方法を提供することを目的とする。また、マスクのパターニング性能およびパターン材料によるパターン形成性能の向上が可能なマスク形成方法を提供することを目的とする。
なお本発明は、上記のマスク形成方法を使用して形成したマスクの除去方法を提供することも目的とする。また、上記のマスク形成方法およびマスク除去方法を使用して形成した、半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、カラーフィルタおよび発光素子を提供することも目的とする。
［発明の開示］
上記目的を達成するため、本発明に係るマスク形成方法は、液状のパターン材料を用いて所望パターンを形成するため、被処理部材の表面にマスクを形成する方法であって、前記被処理部材表面の全体につきマスク材料の層を形成するマスク材料形成工程と、前記マスク材料層の前記パターン形成部分につき前記マスク材料を除去することによりパターニングを行うパターニング工程と、前記液状のパターン材料を塗布して前記所望パターンを形成する成膜工程と、前記液状のパターン材料を乾燥、焼成する加熱工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程とを有する構成とした。
なおマスク材料層の形成工程は、湿式の場合には、インクジェット法、ＬＳＭＣＤ法、スピン法、スプレー、ディップまたはダイレクト塗布（ＣＡＰ Ｃｏａｔ）等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法（ＭＯＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、Ｐ−ＣＶＤ、光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ）、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティングまたは電子線照射等によって行うことができる。
なお前記パターニング工程は、被処理部材表面に形成された導電材料パターンに炭酸水等の電解液中で通電することにより、前記導電材料パターン上のマスク材料層を電気分解して除去する構成とした。これにより、導電材料パターンに沿ったパターニングを簡単に行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
また、被処理部材の表面に所定のパターンを形成するためのマスクを形成する方法であって、パターン形成工程の前もしくは後に、前記マスク材料層を加熱処理する加熱工程を有する構成とした。加熱処理により、マスクの機械的強度を向上、マスク材料が液体材料中に混入することを抑制できる。
なお加熱工程は、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等による活性化ガス雰囲気若しくは不活性ガス雰囲気での減圧乾燥、マイクロ波加熱、高周波加熱、昇温ステップ法等によるランプ加熱、または昇温ステップ法等によるヒータ加熱等によって行うことができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材の表面を洗浄する工程を有する構成としてもよい。これにより、不純物の混入を防止することができる。
なお洗浄工程は、湿式の場合には、純水洗浄、オゾン水等による酸化洗浄、界面活性剤による洗剤洗浄、フッ化水素等によるライトエッチング、または有機洗浄等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線洗浄、オゾンガス等による酸化洗浄、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるライトエッチング等によって行うことができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面の全面につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、マスクの密着性を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面の全面につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、マスクの剥離性を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分に対するマスクの密着性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、被処理部材のパターン形成部分以外の部分に対するマスクの剥離性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程と、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、被処理部材のパターン形成部分に対するマスクの密着性を向上させることができるとともに、被処理部材のパターン形成部分以外の部分に対するマスクの剥離性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることが可能となる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分がマスク除去材料になじみやすくなり、パターニング処理時間を短縮することができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分以外の部分がマスク除去材料をはじくようになり、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親液処理を施す工程と、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターニング処理時間を短縮することができるとともに、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面の全面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。なおパターニング工程において、パターン形成部分における撥液処理されたマスク材料は除去される。従って、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の前に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することが可能となり、製造コストを削減することができる。
なお前記加熱処理工程の前に、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の前に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程と、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することができるとともに、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の後に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することが可能となり、製造コストを削減することができる。
なお前記加熱処理工程の後に、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお前記加熱処理工程の後に、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分につき前記パターン材料に対する親液処理を施す工程と、前記パターン形成部分以外の部分における前記マスク材料層の表面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターン材料によるパターン形成時間を短縮することができるとともに、液状パターン材料によるパターン形成性能を向上させることができる。
なお親液処理工程は、湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化処理、フッ化水素等の酸による処理、アルカリによる処理、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤による処理、ＳＡＭ膜の形成、または有機溶剤による処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、電子線照射、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはポリエチレン等のプラズマ重合等によって行うことができる。
なお撥液処理工程は、湿式の場合には、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤による処理、ＳＡＭ膜の形成等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等を用いたフッ化処理、フッ素樹脂膜若しくはシリコーン膜等のプラズマ重合、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着等によって行うことができる。
なお前記マスク材料は、フッ素樹脂重合膜、フッ素化合物、レジスト等の有機物表面をフッ化処理した構成としてもよい。なお前記電磁波は、紫外線である構成としてもよい。これにより、マスク材料自体が撥液性を併有するとともに、簡単に親液処理を施すことができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
一方、本発明に係るマスク除去方法は、上記のいずれかに記載のマスク形成方法により形成したマスクを使用し、前記液状のパターン材料を塗布して前記所望パターンを形成した後に、前記マスクを除去する工程を有する構成とした。
なおマスク除去工程は、湿式の場合には、オゾン水等による酸化処理、アセトン若しくはレジスト剥離剤等による有機洗浄、または二酸化炭素等による超臨界処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線照射、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるアッシング等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記マスクの表面における前記パターン材料の残さを除去する工程を有する構成としてもよい。これにより、マスク除去工程の処理時間を短縮することができ、製造コストを削減することができる。
なお残さ除去工程は、湿式の場合には、スピンエッチまたはＣＭＰ等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるエッチバック等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記パターンの表面を成形する工程を有する構成としてもよい。これにより、パターンを損傷することなく所定形状に成形することができる。
なお成形工程は、湿式の場合には、スピンエッチまたはＣＭＰによるマスク上面の被覆膜除去等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるエッチバック等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記被処理部材を洗浄する工程を有する構成としてもよい。これにより、不純物の混入を防止することができる。
なお洗浄工程は、湿式の場合には、純水洗浄、オゾン水等による酸化洗浄、酸・アルカリ洗浄（ＲＣＡ洗浄）、有機洗浄（ＩＰＡ）、フッ化水素等によるライトエッチング、または二酸化炭素等による超臨界処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線洗浄、オゾンガス等による酸化洗浄、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるアッシング等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、マスク除去材料に対する親液処理を行う工程を有する構成としてもよい。これにより、マスク除去材料になじみやすくなり、マスク除去時間を短縮することができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお親液処理工程は、湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化作用、または酸・アルカリ洗浄（ＲＣＡ洗浄）等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはプラズマ重合等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の前に、前記マスクを予備加熱する工程を有する構成とした。なお、前記マスクを予備加熱する工程は、マスク除去工程の前に行うとよい。これによりマスク除去時間を短縮することが可能となり、製造コストを削減することができる。
なお予備加熱工程は、ランプ加熱または抵抗加熱等によって行うことができる。
なお前記除去工程は、電磁波を照射すると同時に、前記被処理部材を介してマスク材料層を加熱することによって行う構成もしくは、電磁波を照射した後に、前記被処理部材を介して前記マスク材料層を加熱することによって行う構成としてもよい。なお前記マスク材料層の加熱は、前記被処理部材を介することなく、直接前記マスク材料層に対して行う構成としてもよい。これにより、パターニング時間を短縮することができる。
なお前記マスク除去工程の後に、前記パターンの表面を成形する工程を有する構成としてもよい。これにより、パターンの加工精度を向上させることができる。
なお前記マスク除去工程の後に、前記パターンに生じた損傷を修復する工程を有する構成としてもよい。これにより、パターンの物性を向上させることができる。
なお修復処理工程は、マイクロ波加熱、高周波加熱、ランプ加熱、またはヒータ加熱等によって行うことができる。
なお前記マスク除去工程の後に、前記パターンの次成膜材料に対する親液処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、次成膜に対する密着性を向上させることができる。
なお表面処理工程は、湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化処理、酸・アルカリ処理、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系、アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤処理、ＳＡＭ膜の形成、または有機溶剤処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、電子線照射、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはポリエチレン等のプラズマ重合等によって行うことができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
なお前記マスク材料層形成工程の前に、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親性処理を施す工程と、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥性処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、被処理部材のパターン形成部分に対するマスクの密着性を向上させることができるとともに、被処理部材のパターン形成部分以外の部分に対するマスクの剥離性を向上させることができ、パターニング性能を向上させることが可能となる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親性処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分がマスク除去材料になじみやすくなり、パターニング処理時間を短縮することができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥性処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより、パターン形成部分以外の部分がマスク除去材料をはじくようになり、パターニング性能を向上させることができる。
なお前記パターニング工程の前に、前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親性処理を施す工程と、前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥性処理を施す工程と、を有する構成としてもよい。これにより、パターニング処理時間を短縮することができるとともに、パターニング性能を向上させることができる。
なお、上記の親性処理または撥性処理は、湿式によるパターニング工程の前に行うとよい。
なお前記直接描画工程は、前記被処理部材表面に前記マスク材料の原料ガスを導入するとともに、前記被処理部材表面の前記パターン形成部分に電磁波を照射して、前記パターン形成部分における前記マスク材料層の形成を阻止することによって行う構成としてもよい。これにより工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
なお前記撥性処理は、フッ素樹脂重合膜を形成することにより行う構成としてもよい。なお前記撥性処理は、表面をフッ化処理することにより行う構成としてもよい。なお前記親性処理は、電磁波を照射することにより行う構成としてもよい。なお前記電磁波は、紫外線である構成としてもよい。これにより、簡単に撥性処理および親性処理を行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお前記パターニング工程の後に、前記被処理部材をフッ素を含むガスに晒すとともに、前記被処理部材に電磁波を照射することにより、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記パターン材料に対する親性処理を施すと同時に、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記パターン材料に対する撥性処理を施す工程を有する構成としてもよい。これにより工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
一方、本発明に係る半導体デバイスは、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って半導体デバイスを製造することができる。
一方、本発明に係る電気回路は、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って電気回路を製造することができる。
一方、本発明に係る表示体モジュールは、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って表示体モジュールを製造することができる。
一方、本発明に係る発光素子は、上記のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造した構成とした。これにより、上記効果を伴って発光素子を製造することができる。
［発明を実施するための最良の形態］
本発明に係るマスク形成方法、マスク除去方法、半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、および発光素子の好ましい実施の形態を、添付図面にしたがって詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
（第１実施形態）
最初に、第１実施形態であるマスク形成方法について説明する。第１実施形態に係るマスク形成方法は、図１（１）に示すように被処理部材１０の表面に形成された金属パターン３０４の上に、図２（２）に示すような新たなパターン３１０を形成するため、金属パターン３０４に電解液中で通電し、金属パターン３０４上のマスク材料層を電気分解して除去することにより、パターニングを行うものである。被処理部材表面の全体につきマスク材料層を形成する第１工程と、マスク材料層を加熱させる第２工程と、電解液中でパターン形成部分のマスク材料層を除去することによりパターニングを行う第３工程と、マスク材料層を加熱処理する第４工程と、を有するものである。また、第１実施形態における被処理部材は、シリコンウエハ等である。
最初に、マスク形成方法について説明する。なお、図１（１）に示すように、表面に配線等の金属パターン３０４を形成し、さらに金属パターン形成部分以外の部分に絶縁膜３０６を形成した被処理部材１０を例として、以下に説明する。この際のフローチャートは図３に示す。
まず、被処理部材を洗浄するとともに、表面を親液処理する（Ｓ３５０）。被処理部材の洗浄装置は、湿式の場合は、浸漬、揺動、超音波振動、スプレーなどの機能を伴って、超純水や薬液による洗浄を繰り返すものである。また、被処理部材を配置したチャンバにフッ化水素を導入して、表面の酸化膜をエッチングする洗浄装置を使用してもよい。一方、乾式の場合は、酸素を含む雰囲気中で被処理部材に紫外線を照射し、表面に付着している有機物と反応させて有機物を除去する装置を使用することができる。
次に、図１（２）に示すように、被処理部材の表面にマスク材料としてのフッ素樹脂重合膜３０８を形成する（Ｓ３５２）。なおフッ素樹脂重合膜以外にも、シリコーン樹脂重合膜等の撥液を有する材料をマスクとして使用することも可能である。好適には、電磁波に対して揮発性を有することが好ましい。フッ素樹脂重合膜の原料液として、Ｃ４Ｆ１０やＣ８Ｆ１８などの直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物を使用する。直鎖状ＰＦＣのガスをプラズマ化すると、直鎖状ＰＦＣが活性となり、これが被処理部材の表面に到達して重合することにより、被処理部材の表面にフッ素樹脂重合膜が形成される。
フッ素樹脂重合膜の形成には、以下のような重合膜形成装置を使用する。図４に重合膜形成装置の説明図を示す。撥液処理装置１３０は、処理室１３１を有し、処理室１３１内に設けた処理ステージ１３２の上に、シリコンウエハなどの被処理部材１０を配置するようにしてある。そして、処理室１３１の上下には高周波電極１３４を有し、高周波電源１３５に接続してある。
また処理室１３１には、流量制御弁１１２を備えた供給配管１０２を介して、処理ガス供給部１０４が接続してある。この処理ガス供給部１０４は、Ｃ４Ｆ１０やＣ８Ｆ１８などの直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物１０６を貯溜する容器１０８を有している。そして、容器１０８には、加熱部となるヒータ１１０が設けてあって、液体有機物１０６を加熱して気化できるようになっている。また、供給配管１０２の流量制御弁１１２の下流側には、流量制御弁１１４を備えたキャリア配管１１６を介して、キャリアガス供給部１１８が接続してある。キャリアガスには窒素やアルゴンなどの不活性なガスを使用する。
なお図４の破線に示すように、供給配管１０２には、流量制御弁１２０を有する配管１２２を介して、第２処理ガス供給部１２４を接続することもできる。この場合には、第２処理ガス供給部１２４からＣＦ４を第２処理ガスとして液体有機物１０６の蒸気に添加する。処理室１３１では、この有機物蒸気とＣＦ４との混合ガスをプラズマ化する。すると、活性化したフッ素が液体有機物１０６の蒸気と反応し、被処理部材１０の表面で重合させた膜中のフッ素脱離部分に取り込まれて、重合膜の撥液性を向上させることができる。
次に、電気分解によりフッ素樹脂重合膜のパターニングを行う（Ｓ３５４）。
図５に電気分解装置の説明図を示す。電気分解装置３３０は、電解液３３８を満たした容器３３１を有している。電解液は、イオン分解されているものであればよく、炭酸水やめっき液を使用することができる。電解液３３８の中には電極３３４が配置されるとともに、被処理部材１０が浸漬可能とされている。そして、浸漬した被処理部材１０の金属パターン３０４と、電極３３４との間に電圧を印加するため、電源３３５を備えている。具体的には、まず図５に示す電気分解装置３３０の電解液３３８の中に、被処理部材１０を浸漬する。次に、被処理部材１０表面の金属パターン３０４と、電極３３４との間に電圧を印加する。すると、金属パターン３０４上の重合膜３０８が電気分解されて除去される。これにより、図１（３）に示すように、金属パターン３０４に沿って重合膜３０８がパターニングされる。
なお電気分解の前に、フッ素樹脂重合膜のパターン形成部分につき、電解液に対する親液処理を行ってもよい。具体的には、重合膜３０８におけるパターン形成部分に紫外線等を照射することにより、重合膜の一部を分解して除去すればよい。これにより、電解液が重合膜になじみやすくなり、パターニングが促進されて処理時間を短縮することができる。
なお電気分解の後に、パターン形成部分にさらなる親液性を付与するため、紫外線の照射等による親液処理を追加してもよい（Ｓ３８０）。これにより、被処理部材表面とパターン材料との密着性を向上させることができる。
また、フッ素樹脂重合膜を加熱処理してもよい。
加熱処理は、ベーク炉で行う。ベーク炉は、利用する加熱方法によって異なる。対流法を用いたベーク炉は、ヒータで加熱した空気または窒素ガスを炉内に流してマスク材料層の表面から加熱するものである。照射法は赤外光またはマイクロ波を上方から照射し、マスク材料層中に吸収させて加熱するものである。これらに対して伝導法は、被処理部材の下にある発熱体からの熱伝導を利用して加熱するものであり、被処理部材の温度を一定に保ちやすい。なお、炉内を減圧可能とする構造を採用することにより、内部に含まれる低分子有機物を短時間で放出させることができる。これにより、重合膜内部に含まれる低分子有機物を蒸発させて除去することができ、後述する成膜工程において、低分子有機物がパターン材料に混入するのを防止することができる。
なお電気分解の前に、フッ素樹脂重合膜のパターン形成部分につき、電解液に対する親液処理を行ってもよい。具体的には、重合膜３０８におけるパターン形成部分に紫外線等を照射することにより、重合膜の一部を分解して除去すればよい。これにより、電解液が重合膜になじみやすくなり、パターニングが促進されて処理時間を短縮することができる。
以上により、パターン材料に対するマスクが形成される。
その後、図２（１）に示すように、被処理部材の表面にパターン材料溶液を塗布して成膜する（Ｓ３５６）。なおフッ素樹脂重合膜は、パターン材料に対する撥液性を有するので、マスク材料の上にパターン材料が堆積することはない。次に、パターン材料溶液を乾燥させ、続けて加熱処理処理する。さらに、マスク材料としてのフッ素樹脂重合膜３０８を除去すれば、図２（２）に示す完成状態となる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態におけるマスク除去工程は、重合膜に紫外線を照射することによって行う。図６に示す表面改質装置４３０の処理室４３２内に被処理部材１０を配置し、処理室４３２の上方に紫外線ランプ４４０を配置する。なお紫外線ランプ４４０は、大気中で点灯すると焼き付いてしまうので、窒素ガスで置換可能とした紫外線ランプ室４４２内に配置する。そして、紫外線ランプ室４４２における処理室４３２側の壁面は、紫外線を透過するガラス板４４１で構成し、被処理部材１０に紫外線を照射可能とする。一方、処理室４３２における紫外線ランプ室４４２側の壁面は、紫外線を透過する蛍石４３１で構成し、被処理部材に紫外線を照射可能とするとともに、処理室４３２に供給されるフッ素の励起活性種によりガラス板４４１が浸食されるのを防止する。次に、Ｎ２ガス等の不活性ガスを、処理ガス供給路４３５から処理室４３２内に導入し、紫外線を被処理部材１０表面に照射することで、フッ素樹脂重合膜の結合を切断して除去する。
なお、フッ素樹脂重合膜のように、熱により分解が促進されるマスク材料を使用する場合には、加熱することにより、パターニング時間を短縮することも可能である。例えば、紫外線照射と同時に、フッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角を図７に示す。なお図７では、照射した紫外線の波長は１７２ｎｍであり、各基板温度についてパターニング時間を同一としている。また、パターニング後の基板表面の接触角が低いほど、撥液を有するフッ素樹脂重合膜が分解・除去されたことを示している。図７から、基板温度を室温の２５℃とした場合に比べて、１２０℃以上とした場合に、接触角が著しく低下していることがわかる。従って、パターニング時間を短縮することが可能となる。
また、マスク材料に紫外線を照射した後に、加熱処理を行うことによっても、処理時間を短縮することが可能である。例えば、室温で紫外線を照射した後に、フッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角を図８に示す。なお図８では、照射した紫外線の波長は１７２ｎｍであり、各基板温度について紫外線照射時間及び加熱時間を同一としている。
図８から、基板温度を室温の２５℃とした場合に比べて、１２０℃以上とした場合に、接触角が著しく低下していることがわかる。従って、パターニング時間を短縮することが可能となる。
また、活性化したオゾンガスまたは酸素ガスに晒すことにより、重合膜を燃焼させて除去してもよい。この場合、フッ素樹脂重合膜は二酸化炭素ガスおよびフッ素ガスに分解され除去される。
なお上記の加熱処理は、熱容量の小さいマスク材料層のみを加熱することが、省エネルギーの観点からは好ましい。
なお、重合膜の除去前または重合膜の除去後に、形成したパターンを所定高さとし、その表面を平らにする断面成形を行ってもよい。これにより、パターンの加工精度が向上する。この成形工程は、エッチバックやＣＭＰ（科学機械的研磨）等によって行う。また、成形等に伴ってパターンが損傷した場合には、その修復を行うのが好ましい。これにより、パターンの物性が向上する。
なお、形成したパターンの次成膜として保護膜等を形成する場合には、重合膜の除去後に、その次成膜に対する親液処理を行っておくのが好ましい。これにより、次成膜との密着性を向上させることができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお、装置から装置へと被処理部材を送る搬送装置には、ウエハを１枚ずつ送る枚葉式と、被処理部材をカセットに収納して一度に複数枚を送るバッチ式とがある。枚葉式には、空気搬送やベルト搬送等がある。このうち空気搬送は、被処理部材の裏面側から斜め上方に空気を吹き付けて、被処理部材を浮上させるとともに一方向への推進力を与えるものである。一方のバッチ式は、被処理部材を収納したカセットを、無人搬送車（ＡＧＶ）やロボット等により搬送するものである。前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
上述した第１実施形態に係るマスク形成方法では、被処理部材表面に形成された金属パターンに電解液中で通電して、金属パターン上のマスク材料層を電気分解して除去することにより、パターニングを行う構成としたので、金属パターンに沿ったパターニングを簡単に行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
本発明のパターン形成方法により、機能的な薄膜を基板上に形成した構造体は、例えば半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、発光素子などに適用される。
（実施例２）
第２の実施例として、発光素子の発光層に使用する有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の薄膜を、ガラス基板６００上に形成された図中記載の透明導電部材６０１と対をなす電極６０７を形成して、発光部材６０５を挟み込む形で素子形成工程の一例を、図９〜１１に簡単に示す。
まず、図９（１）〜（３）に示すように、ガラス基板６００上の全面に、透明導電部材６０１を形成し、エッチングにて所望パターンを形成する。
なお、好適には、ガラス基板６００は、第１の実施例で示したように、湿式もしくは、乾式の洗浄を行う。
なお、本実施例では、透明導電部材６０１を全面に形成した後、エッチングにてパターンを形成したが、液体の透明導電部材６０１を用いて、パターン形成部以外の領域を撥液処理を行い、パターン形成部のみに透明導電部材を塗布する手法を用いることも可能である。この際に、パターン形成部を親液処理することが、好適には行われる。
次に、図９（４）及び（５）に示すように、ガラス基板６００上の全面に、遮光部材６０２を形成し、画素の開口領域の遮光部材６０２を除去することで、所望パターンを形成する。
次に、図９（６）に示すように、ガラス基板６００上の全面に、フッ素樹脂重合膜６０３を形成する。ここでは、フッ素樹脂重合膜６０３の形成は、第１の実施例で示したフッ素重合膜の形成を用いている。
次に、図１０（７）に示すように、画素の開口領域のフッ素樹脂重合膜６０３を除去することで、所望パターンを形成する。ここでは、ガラス基板６００に形成された透明導電部材６０１パターンに電解液中で通電することにより、前記透明導電部材６０１パターン上のマスク材料層を電気分解して除去する構成としてもよい。これにより、導電材料パターンに沿ったパターニングを簡単に行うことができる。従って、製造コストを削減することができる。
なお、撥液処理工程は、湿式の場合には、アニオン、ノニオン若しくはカチオン等の界面活性剤によるディップ処理、シラン系アルミネート系若しくはチタネート系等のカップリング剤による処理、ＳＡＭ膜の形成等によって行うことができる。また乾式の場合には、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等を用いたフッ化処理、フッ素樹脂膜若しくはシリコーン膜等のプラズマ重合、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着等によって行うことができる。
また、撥液処理工程の前に、表面の洗浄を行うことで、撥液膜の機械的な密着性を向上させることが可能となる。湿式の場合には、純水処理、オゾン水等による酸化作用、または酸・アルカリ洗浄（ＲＣＡ洗浄）等によって行うことができる。また乾式の場合には、紫外線処理、プラズマ、電子銃若しくは光励起法等により生成したオゾンガス等による酸化処理、シラン系等のカップリング剤の蒸着、またはプラズマ重合等によって行うことができる。
なお、第１実施例で示したように、パターン形成中に、ガラス基板６００を加熱し、パターン形成時間を短縮することも可能である。
なお、第１実施例で示したように、パターン形成後にガラス基板６００を１２０℃で５分間加熱し、フッ素重合膜６０３中の低分子部を除去する。次に、図１０（８）及び図１０（９）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の正孔注入部材６０４を塗布し、乾燥、焼成して正孔注入部材６０４を形成する。
なお、正孔注入部材６０４の供給方法は、湿式の場合には、インクジェット法、ＬＳＭＣＤ法、スピン法、スプレー、ディップまたはダイレクト塗布（ＣＡＰ Ｃｏａｔ）等によって行うことができる。塗布方法は、本実施例の本質ではない。
次に、図１０（１０）及び（１１）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の発光部材６０５を塗布し、乾燥、焼成して発光部材６０５を形成する。
次に、図１１（１２）及び（１３）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の電子輸送部材６０６を塗布し、乾燥、焼成して発光部材６０６を形成する。
次に、図１１（１４）及び（１５）に示すように、ガラス基板６００上に、液体の電極６０７の部材を塗布し、乾燥、焼成して電極６０７を形成する。
最後に、図１１（１６）に示すように、マスク除去工程は、フッ素樹脂重合膜６０３に紫外線を照射することによって行う。紫外線は、フッ素樹脂重合膜６０３の結合を切断して除去する。
なお、第一の実施例で示したように、熱により分解が促進されるマスク材料を使用する場合には、加熱することにより、パターニング時間を短縮することも可能である。
また、マスク材料に紫外線を照射した後に、加熱処理を行うことによっても、処理時間を短縮することが可能である。従って、パターニング時間を短縮することが可能となる。
また、活性化したオゾンガスまたは酸素ガスに晒すことにより、重合膜を燃焼させて除去してもよい。この場合、フッ素樹脂重合膜６０３は二酸化炭素ガスおよびフッ素ガスに分解され除去される。
なお上記の加熱処理は、熱容量の小さいマスク材料層のみを加熱することが、省エネルギーの観点からは好ましい。
なおマスク除去工程は、湿式の場合には、オゾン水等による酸化処理、アセトン若しくはレジスト剥離剤等による有機洗浄、または二酸化炭素等による超臨界処理等によって行うことができる。また乾式の場合には、本実施例で示した紫外線照射以外にも、またはプラズマ、電子銃若しくは光励起法等により活性化したガス等によるアッシング等によって行うことができる。
なお、重合膜の除去前または重合膜の除去後に、形成したパターンを所定高さとし、その表面を平らにする断面成形を行ってもよい。これにより、パターンの加工精度が向上する。この成形工程は、エッチバックやＣＭＰ（科学機械的研磨）等によって行う。また、成形等に伴ってパターンが損傷した場合には、その修復を行うのが好ましい。これにより、パターンの物性が向上する。
以上によって、自発光素子を形成することが可能である。
なお、形成したパターンの次成膜として保護膜等を形成する場合には、重合膜の除去後に、その次成膜に対する親液処理を行っておくのが好ましい。これにより、次成膜との密着性を向上させることができる。
なお、本実施例では、電極６０７は液体状部材で形成されているが、乾式のプラズマＣＶＤ法、プラズマ重合法（ＭＯＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、Ｐ−ＣＶＤ、光ＣＶＤ、熱ＣＶＤ）、蒸着法、スパッタ法等によって基板全面に形成した後、エッチングにより、電極６０７を形成することができる。
なお、本実施例では、撥液処理を１回行った例を示したが、液体材料を塗布する各部材形成工程の前に適宜入れることも可能である。
なお、各工程の前に洗浄を行うことで、膜の密着性を向上させることも可能である。
なお前記マスク除去工程の前に、前記マスクの表面における前記パターン材料の残さを除去する工程を有する構成としてもよい。残さ除去工程は、湿式の場合には、スピンエッチまたはＣＭＰ等によって行うことができる。これにより、マスク除去工程の処理時間を短縮することができ、製造コストを削減することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化およびコロージョンを防止することができる。
なお前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。なお前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行う構成としてもよい。これにより、マスク材料の酸化および還元を防止することができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係るマスク形成方法は、第１実施形態におけるマスク材料層のパターニング工程の後に、被処理部材表面にフッ素を含むガスを導入するとともに、被処理部材表面に紫外線を照射することにより、被処理部材表面のパターン形成部分につきパターン材料に対する親性処理を施すと同時に、被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につきパターン材料に対する撥性処理を施す表面改質工程を有するものである。なお、第１ないし第２実施形態と同じ構成となる部分については、その説明を省略する。
表面改質装置は、図６に示す説明図と同様である。ただし、その処理室４３２の前後には、処理ガス供給路４３５および処理ガス排出路４３６を形成する。処理ガス供給路を通して、いわゆるリモートプラズマにより外部で活性化されたフッ素を含むガスを、処理室４３２内に供給する点で異なる。また、処理ガス排出路４３６は図示しないスクラバに接続し、排出ガスの除害を行う。
一方、処理室４３２の上方に紫外線ランプ４４０を配置する。なお紫外線ランプ４４０は、大気中で点灯すると焼き付いてしまうので、窒素ガスで置換可能とした紫外線ランプ室４４２内に配置する。そして、紫外線ランプ室４４２における処理室４３２側の壁面は、紫外線を透過するガラス板４４１で構成し、被処理部材１０に紫外線を照射可能とする。一方、処理室４３２における紫外線ランプ室４４２側の壁面は、紫外線を透過する蛍石４３１で構成し、被処理部材に紫外線を照射可能とするとともに、処理室４３２に供給されるフッ素の励起活性種によりガラス板４４１が浸食されるのを防止する。
次に、第３実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法の各工程について、工程順に詳細に説明する。図１２に第３実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法のフローチャートを示す。
最初に、マスク形成方法について説明する。なお、パターニング工程までは第１実施形態と同様である。
次に、レジストを表面改質する（Ｓ４５２）。具体的には、パターニングされたレジストの表面をフッ化処理する。まず、図６に示す表面改質装置４３０の処理室４３２内に被処理部材１０を配置する。次に、リモートプラズマにより予め活性化されたＣＦ４ガス等のフッ素を含むガスを、処理ガス供給路４３５から処理室４３２内に導入する。すると、フッ素の励起活性種がレジスト等の有機物と反応し、その表面に撥液性を有するフッ素化合物を生成する。なおリモートプラズマは、高周波電圧を印加する方法に限られず、電子線または紫外線を照射する方法によっても、フッ素を含むガスを活性化することができる。一方、パターン形成部分には、シリコン酸化膜等が露出しているので、活性化されたフッ素を含むガスに晒されても撥液性を生じない。
またこれと同時に、被処理部材１０の表面に紫外線を照射する。すると、フッ素の励起活性種とレジスト膜との反応が促進され、レジスト膜の表面に大きな撥液性が付与される。一方、パターン形成部分におけるシリコン酸化膜等の表面からはフッ素化合物が除去され、シリコン酸化膜が元来有する親液性が積極的に維持される。
なお、パターン形成部分にさらなる親液性を付与するため、紫外線の照射等による親性処理を追加してもよい（Ｓ４８０）。これにより、被処理部材とパターン材料との密着性を向上させることができる。
なお、レジストを加熱処理する前に、上述したレジストの表面改質を行うのが好ましい。加熱処理によりレジストの反応が終了する前であれば、フッ素をレジストと反応させて容易にフッ化処理を行うことができるからである。
以上により、パターン材料に対するマスクが形成される。
上述した第３実施形態に係るマスク形成方法では、被処理部材表面にフッ素を含むガスを導入するとともに、被処理部材に紫外線を照射することにより、被処理部材表面のパターン形成部分につきパターン材料に対する親性処理を施すと同時に、被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につきパターン材料に対する撥性処理を施す工程を有する構成としたので、工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
なお上記には、レジストおよびシリコン酸化物を表面に有する被処理部材を例にして、選択的に表面改質する方法について説明したが、本実施形態はこれに限られず、レジスト以外の有機物およびシリコン酸化物以外の酸化物を表面に有する被処理部材について、広く適用することができる。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るマスク形成方法は、被処理部材表面にマスク材料の原料ガスを導入するとともに、被処理部材表面のパターン形成部分に紫外線を照射することにより、パターン形成部分におけるマスク材料層の形成を阻止して、被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク材料層を直接描画するものである。なお、第１ないし第３実施形態と同じ構成となる部分については、その説明を省略する。
上述したフッ素樹脂重合膜の形成及び紫外線の照射は、以下のような撥性処理装置を使用して行う。図１３に直接描画装置の説明図を示す。撥性処理装置５３０は処理チャンバ５３１を有し、処理チャンバ５３１内には被処理部材１０を載置可能なステージ５３２を形成する。また、その上方にはマスク３０を配置可能とする。一方、チャンバ５３１の上方に紫外線ランプ５４２を配置する。なお紫外線ランプ５４２は、大気中で点灯すると焼き付いてしまうので、窒素ガス５４３で置換可能とした紫外線ランプ室５４１内に配置する。そして、紫外線ランプ室５４１と処理チャンバ５３１との境界面は、紫外線を透過する蛍石５４４で構成し、被処理部材に紫外線を照射可能とするとともに、処理チャンバ５３１に供給されるフッ素の励起活性種により浸食されるのを防止する。
また処理チャンバ５３１には、供給配管５３５を介して、プラズマチャンバ５３３を接続する。プラズマチャンバは対向電極５３４の間に形成し、対向電極５３４には高周波電源５３６を接続する。さらにプラズマチャンバ５３３には、流量制御弁５１２を備えた供給配管５０２を介して、処理ガス供給部５０４を接続する。この処理ガス供給部５０４は、フロリナートなどの直鎖状ＰＦＣからなる液体有機物５０６を貯溜する容器５０８を有している。そして容器５０８には、加熱部となるヒータ５１０が設けてあって、液体有機物５０６を加熱して気化できるようになっている。また、供給配管５０２の流量制御弁５１２の下流側には、流量制御弁５１４を備えたキャリア配管５１６を介して、キャリアガス供給部５１８が接続してある。キャリアガスには窒素やアルゴンなどの不活性なガスを使用する。さらに、図１３の破線に示すように、供給配管５０２に流量制御弁５２０を有する配管５２２を介して第２処理ガス供給部５２４を接続する。そして、第２処理ガス供給部５２４からＣＦ４を第２処理ガスとして液体有機物５０６の蒸気に添加する。
次に、第４実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法の各工程について、工程順に詳細に説明する。図１４に第４実施形態に係るマスク形成方法のフローチャートを示す。
最初に、マスク形成方法について説明する。
まず、被処理部材を洗浄するとともに、表面を親性処理する（Ｓ５５０）
次に、重合膜の形成とパターニングとを同時に行う（Ｓ５５２）。具体的には、図１３に示すように、被処理部材１０を撥性処理装置５３０のステージ５３２上にセットし、その上方にマスク３０を配置する。次に、紫外線ランプ５４２を点灯させ、被処理部材１０に紫外線５４８を照射する。上述したようにマスク３０は、被処理部材１０のパターン形成部分に相当する部分のみが透光性を有するので、マスク３０を介してパターン形成部分のみに紫外線５４８が照射される。
同時に、活性化した原料ガス５３８をチャンバ内に供給し、被処理部材１０の表面にフッ素樹脂重合膜を形成する。具体的には、直鎖状ＰＦＣ等からなる液体有機物５０６を加熱して気化させ、キャリアガスとともにプラズマチャンバ５３３に導入する。なお、必要に応じてＣＦ４等の低分子ＰＦＣガスを添加する。プラズマチャンバ５３３において、直鎖状ＰＦＣの蒸気に高周波電圧を印加すると、直鎖状ＰＦＣの結合が一部切断されて活性状態となる。この活性化した直鎖状ＰＦＣを、処理チャンバ５３１に供給する。なお高周波電圧の印加以外でも、電子線を照射することにより、また紫外線を照射することにより、直鎖状ＰＦＣを活性化することができる。
上記により、被処理部材１０表面のパターン形成部分以外の部分では、当該部分に到達した活性な直鎖状ＰＦＣが重合し、フッ素樹脂重合膜が形成される。なお、重合膜の厚さは１００オングストローム以下に形成する。一方、パターン形成部分では、紫外線により重合反応が阻止され、また形成された重合膜の結合が切断されて、フッ素樹脂重合膜の形成が阻止される。加えて、当該部分に付着していたレジスト等の有機物も除去されるので、当該部分に親液性が付与される。
なお、パターン形成部分にさらなる親液性を付与するため、紫外線の照射等による親性処理を追加してもよい（Ｓ５８０）これにより、被処理部材とパターン材料との密着性を向上させることができる。
また、フッ素樹脂重合膜を加熱処理してもよい（Ｓ５８２）。これにより、重合膜内部に含まれる低分子有機物を蒸発させて除去することにより、その後の成膜工程において、低分子有機物がパターン材料に混入するのを防止することができる。なお、加熱処理は重合膜の形成と同時に行ってもよい。
以上により、パターン材料に対するマスクが形成される。
上述した第４実施形態に係るマスク形成方法では、被処理部材表面にマスク材料の原料ガスを導入するとともに、被処理部材表面のパターン形成部分に紫外線を照射することにより、パターン形成部分におけるマスク材料層の形成を阻止して、直接描画工程を行う構成としたので、工程数の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。
なお、上記には重合膜の形成と同時に光を照射して直接描画する方法について説明したが、これ以外にも、被処理部材の表面に、パターン形成部分以外の部分に開口部を有するハードマスクを載置して、開口部に重合膜を形成することにより直接描画することも可能である。
また、マスク材料を直接描画すると同時に、光を照射することにより、マスク材料を硬化させてもよい。また、マスク材料を供給すると同時に、光の照射を行うことにより、光の照射部分のマスク材料を硬化させつつ直接描画してもよい。この際に、被処理材を加熱する等を併用しても良い。
なお、本発明のパターン形成方法により、機能的な薄膜を基板上に形成した構造体は、例えば半導体デバイス、電気回路、表示体モジュール、発光素子などに適用される。なお上記機能的薄膜の膜厚は、微細構造体を如何なる用途のものにするかにより任意であるが、０．０２〜４μｍとするのが好ましい。
これらに本発明のパターン形成方法を適用したものは高品質であり、その製造工程の簡略化、製造コスト面においても従来法に勝るものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１実施形態に係るマスク形成方法の第１説明図である。
図２は、第１実施形態に係るマスク形成方法の第２説明図である。
図３は、第１実施形態に係るマスク形成方法のフローチャートの図である。
図４は、重合膜形成装置の説明図である。
図５は、電気分解装置の説明図である。
図６は、第１実施形態に係るマスク除去装置の説明図である。
図７は、紫外線照射と同時にフッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角の変化を示すグラフである。
図８は、紫外線を照射した後にフッ素樹脂重合膜を形成した被処理基板を様々な温度で加熱した場合の、基板表面の接触角の変化を示すグラフである。
図９は、第１実施形態に係る有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子形成工程の第１説明図である。
図１０は、第１実施形態に係る有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子形成工程の第２説明図である。
図１１は、第１実施形態に係る有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子形成工程の第３説明図である。
図１２は、第３実施形態に係るマスク形成方法およびマスク除去方法のフローチャートの図である。
図１３は、直接描画装置の説明図である。
図１４は、第４実施形態に係るマスク形成方法のフローチャートの図である。
図１５は、従来のパターニング工程を示す第１工程図である。
図１６は、従来のパターニング工程を示す第２工程図である。
［符号の説明］
１０ 被処理部材
１０２ 供給配管
１０４ 処理ガス供給部
１０６ 液体有機物
１０８ 容器
１１０ ヒータ
１１２ 流量制御弁
１１４ 流量制御弁
１１６ キャリア配管
１１８ キャリアガス供給部
１２０ 流量制御弁
１２２ 配管
１２４ 第２処理ガス供給部
１３０ 重合膜形成装置
１３１ 処理室
１３２ 処理ステージ
１３４ 高周波電極
１３５ 高周波電源
３０４ 金属パターン
３０６ 絶縁膜
３０８ 重合膜
３１０ 新たなパターン
３３０ 電気分解装置
３３１ 容器
３３４ 電極
３３５ 電源
３３８ 電解液
４３０ マスク除去装置
４３１ 蛍石
４３２ 処理室
４３３ 処理ステージ
４３５ 処理ガス供給路
４３６ 処理ガス排出路
４３８ 封止部材
４４０ 紫外線ランプ
４４１ ガラス板
４４２ 紫外線ランプ室
５０２ 供給配管
５０４ 処理ガス供給部
５０６ 液体有機物
５０８ 容器
５１０ ヒータ
５１２ 流量制御弁
５１４ 流量制御弁
５１６ キャリア配管
５１８ キャリアガス供給部
５２０ 流量制御弁
５２２ 配管
５２４ 第２処理ガス供給部
５３０ 撥性処理装置
５３１ 処理チャンバ
５３２ ステージ
５３３ プラズマチャンバ
５３４ 対向電極
５３５ 供給配管
５３６ 高周波電源
５３８ 原料ガス
５４１ 紫外線ランプ室
５４２ 紫外線ランプ
５４３ 窒素ガス
５４４ 蛍石
５４８ 紫外線
６００ ガラス基板
６０１ 透明電極
６０２ 遮光部材
６０３ フッ素樹脂重合膜
６０４ 正孔注入部材
６０５ 自発光部材
６０６ 電子輸送部材
６０７ 電極
Claims (28)
- 液状のパターン材料を用いて所望パターンを形成するため、前記被処理部材表面の全体につき撥液性マスク材料層を形成するマスク材料層形成工程と、
前記マスク材料層の前記パターン形成部分につき前記マスク材料を除去することによりパターニングを行うパターニング工程と、
前記液状のパターン材料を塗布して前記所望パターンを形成する成膜工程と、
前記液状のパターン材料を乾燥、焼成する加熱工程と、
前記マスクを除去するマスク除去工程
からなる工程であって、
前記パターニング工程は、被処理部材表面に形成された導電材料パターンに電解液中で通電することにより、前記導電材料パターン上のマスク材料層を電気分解して除去することを特徴とするマスク形成方法。 - 前記マスク材料層形成工程及び、パターニング工程が、
前記被処理部材をフッ素を含むガスに晒すとともに、前記被処理部材に電磁波を照射することにより、前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記パターン材料に対する親性処理を施すと同時に、前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記パターン材料に対する撥性処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１に記載のマスク形成方法。 - 前記マスク材料層形成工程の前に、
前記被処理部材の表面を洗浄する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク形成方法。 - 前記マスク材料層形成工程の前に、
前記被処理部材表面の全面につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク形成方法。 - 前記マスク材料層形成工程の前に、
前記被処理部材表面の全面につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク形成方法。 - 前記マスク材料層形成工程の前に、
前記被処理部材表面のパターン形成部分につき前記マスク材料に対する親液処理を施す工程と、
前記被処理部材表面のパターン形成部分以外の部分につき前記マスク材料に対する撥液処理を施す工程と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク形成方法。 - 前記パターニング工程の前に、
前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親液処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のマスク形成方法。 - 前記パターニング工程の前に、
前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥液処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のマスク形成方法。 - 前記パターニング工程の前に、
前記マスク材料層表面のパターン形成部分につきマスク除去材料に対する親液処理を施す工程と、
前記マスク材料層表面のパターン形成部分以外の部分につきマスク除去材料に対する撥液処理を施す工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のマスク形成方法。 - 前記パターニング工程の前に、
前記マスク材料層表面の全面につき前記パターン材料に対する撥液処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク形成方法。 - 前記パターニング工程の前もしくは、後に加熱処理工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク形成方法。
- 前記マスク除去工程の前に、
前記マスクの表面における前記パターン材料の残さを除去する工程を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の前に、
前記パターンの表面を成形する工程を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の前に、
前記被処理部材を洗浄する工程を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の前に、
マスク除去材料に対する親液処理を行う工程を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の前に、
前記マスクを予備加熱する工程を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の後に、
前記パターンの表面を成形する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の後に、
前記パターンに生じた損傷を修復する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記マスク除去工程の後に、
前記パターンの次成膜材料に対する親液処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。 - 前記各工程は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。
- 前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を不活性ガス雰囲気中に保持して行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。
- 前記各工程は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。
- 前記各工程の間における前記被処理部材の搬送は、前記被処理部材を活性ガス雰囲気中に保持して行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマスク除去方法。
- 請求項１ないし請求項３０のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造したことを特徴とする半導体デバイス。
- 請求項１ないし請求項３０のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造したことを特徴とする電気回路。
- 請求項１ないし請求項３０のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造したことを特徴とする表示体モジュール。
- 請求項１ないし請求項３０のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造したことを特徴とするカラーフィルタ。
- 請求項１ないし請求項３０のいずれかに記載のマスク形成方法及び除去方法を使用して製造したことを特徴とする発光素子。
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