JP4106237B2 - 基板上の堆積膜の剥離方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成した堆積膜を剥離する方法に関する。この種の方法は、例えば、剥離された堆積膜が必ずしも基板付きであることを必要としない場合に有用であり、また、堆積膜と分離した基板を再利用可能とする。
【0002】
【従来の技術】
基板上の堆積膜を剥離するため、従来は、表面にオイルなどの液体をあらかじめ薄く塗布した基板上に成膜を行って基板と堆積膜との固着を防ぐ方法や、フォトレジストのような有機薄膜を形成した基板上に堆積膜の成膜を行い、その後、この有機薄膜を除去する、いわゆるリフトオフ法などが用いられる。
【0003】
ところが、上記の従来方法のうち、前者の固着防止用の液体塗布法では、塗布液体として用いられるオイル中の不純物が、その後に形成された堆積膜との界面から混入し、堆積膜表面の平坦性を劣化させて堆積膜の膜厚を不均等にしたり、その膜質を変質させたりすることがある。
【0004】
また、リフトオフ法による場合も、フォトレジストのレジスト塗布工程や加熱工程などの煩雑な工程を要する。さらに、レジスト除去による堆積膜の剥離工程で用いる有機溶媒は、高コスト要因となるばかりでなく、廃棄時に厳重な管理が必要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、形成時の膜表面の平坦性や膜質を変化させずに、基板上に形成された堆積膜を簡便に剥離する方法を提供することを課題としている。
【0006】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、堆積膜の剥離方法であって、基板上に形成した堆積膜を剥離する方法において、カーボンターゲットをスパッタリングし、カーボンスパッタ粒子を、前記基板の表面に対して40°以下の角度で入射させて、カーボン薄膜から成る下地膜を形成し、前記下地膜上に堆積膜を形成し、前記基板を水中に浸漬し、前記下地膜と前記堆積膜を前記基板から剥離させることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の堆積膜の剥離方法であって、前記カーボン薄膜から成る下地膜は、2nm以上の膜厚に形成することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の堆積膜の剥離方法であって、超音波を照射しながら前記堆積膜を剥離させることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の堆積膜の剥離方法であって、前記基板を浸漬する前記水に界面活性剤を1〜10重量%添加しておくことを特徴とする。
本発明は、基板上に形成した堆積膜を剥離するに当たり、あらかじめカーボン薄膜から成る下地膜を介して、この堆積膜を基板上に形成した。
【0007】
下地膜材料のカーボンは、化学的安定性に優れ、他物質に対して不活性であり表面エネルギーが比較的小さく、従って、他物質と強固な密着性を生じることが少ない。したがって、上記のようなカーボン薄膜を下地膜として堆積膜を形成すると、基板の付着面と上記下地膜との界面において、下地膜と堆積膜とから成る多層膜の剥離が容易となる。また、カーボン薄膜は化学的に不活性であると共に膜表面の平坦性が良好なため、下地膜として使用しても、堆積膜の膜質及び膜表面の平坦性に対する変化は充分容認される範囲内である。
【0008】
そして、このカーボン薄膜から成る下地膜の膜厚は2nm以上であることが望ましい。2nm未満のものでは膜厚が小さすぎて付着面全面に亘って連続膜を形成できず、上記したカーボンの剥離効果を充分に得られないことがある。
【0009】
さらに、このカーボン薄膜から成る下地膜の成膜方法としては、真空蒸着法が最適である。真空蒸着法はスパッタ法などと比較して印加されるエネルギーが小さい成膜方法であるので、上記したように不活性で表面エネルギーの小さいカーボン特性を反映して比較的小さい付着力で成膜が行われる。即ち、上記したように、基板の付着面と下地膜との界面において、下地膜と堆積膜とから成る多層膜の容易な剥離を可能とする。
【0010】
また、カーボン薄膜から成る下地膜の成膜方法としてスパッタ法を用いる場合も、基板に入射するスパッタ粒子の基板表面に対する角度が40°以下の斜め入射成分を多く含むようなスパッタ成膜を行うことにより、スパッタ法固有の強大な付着力が軽減される。したがって、基板表面に対して略垂直な角度で入射させ、スパッタ粒子を飛着させる通常の場合と異なり、上記した下地膜と堆積膜とから成る多層膜の容易な剥離が可能となる。
【0011】
さらに、実際に上記の下地膜付きの堆積膜を剥離する工程としては、水を用いる方法が使用可能である。このものの具体例としては、大容量の純水に対する浸漬攪拌などを挙げることができる。
【0012】
この場合、堆積膜の基板からの剥離に用いる水に界面活性剤を添加することにより、基板からの剥離がさらに効果的に促進される。入手容易な界面活性剤を添加することにより、水とカーボン薄膜との相溶性が向上し、これに伴って基板からの剥離がさらに促進されるためである。
【0013】
なお、いずれの場合も、剥離後の堆積膜をさらに水洗することにより、これに付着しているカーボン薄膜を簡単に除去することができる。そして、このときに用いたカーボンは総使用量が微量に留まることに加え、排出されても一般的に無害であるため廃棄時の環境に対する負荷は軽少に済む。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の堆積膜の剥離方法を適用し得る真空蒸着装置の略断面図である。図1の装置は、真空室1内に、基板ホルダ2に保持された角型ガラス基板(5cm角)3と、その対向位置に一対のルツボ4、5とが配置されて構成されている。一方、ルツボ4、5にはそれぞれグラファイト6及び二酸化シリコン7が充填されている。さらに、装置外部の電子銃8から透過窓9を介して電子ビームが照射できるようにされている。そして、電子銃8をルツボ4及び5に向けることにより、これらはそれぞれカーボン蒸発源及び二酸化シリコン蒸発源として機能する。
【0015】
図1の装置を用いて、本発明方法により基板3上にカーボン薄膜(下地膜)及び二酸化シリコンの堆積膜を形成するに際しては、あらかじめ、真空室1の側面に設けた図外の真空ポンプに連なる真空排気管9を介して所定の減圧状態まで真空室1内を真空排気する。その状態で、電子銃8の銃口をルツボ4内に充填されたグラファイト6に向けて加熱・溶融・蒸発を行い、電子線加熱蒸着により基板3上に膜厚2nm以上のカーボン薄膜を形成する。このとき、カーボン薄膜の膜厚の設定を変更することにより、その後の剥離工程に要する時間を制御することができる。そして、カーボン薄膜の成膜を停止して、今度は、電子銃8をルツボ5内の二酸化シリコンに向けて加熱・溶融・蒸発を行い、電子線加熱蒸着により基板3上にさらに約20μmの膜厚の二酸化シリコン薄膜を形成する。
【0016】
次に、このようにして形成された基板3上の堆積膜を剥離するに際しては、装置1内から基板3ごと堆積膜を取り出し、そのまま約18℃の水中に浸漬する。この状態で超音波照射を行うことにより、簡単に基板3から堆積膜を剥離することができる。このとき、超音波照射により下地膜たるカーボン薄膜も除去される。
【0017】
また、図2は、本発明の堆積膜の剥離方法を適用し得るスパッタ成膜装置の略断面図である。図2の装置は、真空室21内上部で回転基板ホルダ22に保持された角型ガラス基板(5cm角)23と、基板ホルダ22上で回転する基板23と対向する位置にカーボンターゲット24と酸化チタンターゲット25とが配置されて構成されている。回転基板ホルダ22は、装置外部の回転機構26により駆動される回転軸27に軸支されており、また、カーボンターゲット24及び酸化チタンターゲット25は、それぞれ装置外部のDC電源28及びRF電源29に接続されて電力の印加が行われる。さらに、真空室21内部の基板ホルダ22とカーボンターゲット24及び酸化チタンターゲット25との間の略中央部には、遮蔽板30を取り付けて、カーボンターゲット24及び酸化チタンターゲット25からのスパッタ粒子の基板23表面に対する角度を規制できるようにしている。
【0018】
即ち、基板表面に対する角度が大きい成分(垂直成分)を多く入射させる場合は、カーボンターゲット24の直上部の開口を多くし、それ以外の部分の開口を小さくすること、逆に基板表面に対する角度が小さい成分を多くする場合は、直上の開口を小さくし、それ以外の開口を大きくすることで規制する。
【0019】
図2の装置を用いて、本発明方法により基板23上にカーボン薄膜(下地膜)を介して酸化チタンの堆積膜を形成するに際しては、あらかじめ真空室21の側面に設けた図外の真空ポンプに連なる真空排気管31を介して所定の減圧状態まで真空室21内を真空排気する。そして、真空室21の側面に設けたArガス導入ポート32よりスパッタガスとしてArガスを導入する。この際、真空室内を0.5Pa程度に保った状態で、DC電源28から所定の電力を印加する。そして、遮蔽版30により、カーボンターゲット24からのスパッタ粒子を、基板23の表面に対して40°以下の角度で入射させて、基板23上に膜厚50nmのカーボン薄膜を形成する。
【0020】
このとき、図1の装置の場合と同様にカーボン薄膜の膜厚の設定を変更することにより、その後の剥離工程に要する時間を制御することができる。また、遮蔽板30によりカーボンスパッタ粒子の基板23表面に対する角度の設定を変更することにより、その後の剥離工程に要する時間を制御することができる。
【0021】
そして、カーボン薄膜の成膜を停止して、今度は、RF電源29から所定の電力を印加して酸化チタンターゲット25によるスパッタ成膜により、基板23上にさらに約10μmの膜厚の酸化チタン薄膜を形成する。
【0022】
次に、このようにして形成された基板23上の堆積膜33を剥離するに際しては、装置21内から基板23ごと堆積膜33を取り出す(図3参照)。そして、そのまま約18℃の水中に浸漬する。この状態で超音波照射を行うことにより、簡単に基板23から堆積膜33を剥離することができる。このとき、超音波照射により下地膜たるカーボン薄膜34も除去される。
【0023】
なお、本発明は、上記した数値や材質に限定されるものではなく、基板上にカーボン薄膜から成る下地膜を介して形成した堆積膜を水中で剥離することができるものであれば種々の変更を行っても良い。例えば、本実施の形態においては、基板3及び23として角型ガラス基板を用いたが、これに限定されず、ガラス、セラミックス、金属、プラスチックや高分子フィルムなどの有機物などの材質を用いることができる。
【0024】
また、本実施の形態においては、堆積膜の材料として1種類の薄膜材料を用いたが、多層膜を形成すべき複数種類の薄膜材料を、下地膜たるカーボン薄膜を介して基板上に積層形成するものとしても良い(図4参照)。この場合、本発明方法による剥離後の堆積膜は、基板及び下地膜を除去した、薄膜材料A〜Cから成る多層積層構造膜となる。
【0025】
さらに、図4に示す多層膜のそれぞれの薄膜材料を用いた成膜を行うたびに、カーボン薄膜から成る下地膜を介在させて多層積層するものとしても良い(図5参照)。この場合、本発明方法による剥離後の堆積膜は、基板及び下地膜を除去した、薄膜材料A、B、C、Dがそれぞれ分離した単層膜構造となる。
【0026】
本発明では、上記の方法を剥離後の薄膜の用途に応じて使い分けることが可能である。剥離後の薄膜の用途としては、例えば、形成した光学薄膜を断片化したうえで塗料中に混入し、これにより色調の制御を行うなどが考えられる。
【0027】
【実施例】
[実施例1]図1の装置を用いた上記実施の形態中の電子線加熱蒸着により形成されるカーボン薄膜の膜厚を変化させ、超音波照射下において水中浸漬を行ったときの堆積膜の剥離所要時間を測定したところ、下記[表1]に示す結果が得られた。
【0028】
【表1】
【0029】
[表1]より、カーボン薄膜を2nm以上の膜厚で形成するときに、堆積膜を短時間で完全に剥離できることが分る。これにより、膜厚2nm未満ではカーボン薄膜が付着面全体に亘って連続膜として形成されることが困難になることが推測される。
【0030】
[実施例2]図2の装置を用いた上記実施の形態中のカーボンスパッタ粒子の基板23表面に対する角度を変化させ、超音波照射下において水中浸漬を行ったときの堆積膜の剥離所要時間を測定したところ、下記[表2]に示す結果が得られた。ただし、カーボン薄膜の膜厚は全て50nmとした。
【0031】
【表2】
【0032】
[表2]より、基板に入射するカーボンスパッタ粒子の基板表面に対する角度が40°以下であるときに、堆積膜を短時間で完全に剥離できることが分る。これにより、基板表面に対する角度が40°より大きくなるとき、スパッタ法固有の強大な付着力を持つカーボン薄膜が形成されることが推測される。即ち、基板表面に対する角度が40°以下である場合には、通常の略垂直な入射角でスパッタ粒子を飛着させる場合と異なり、下地膜の容易な剥離が可能となる。
【0033】
なお、基板表面に対する角度が60°及び70°の場合も、浸漬する水温を50℃とすることにより剥離所要時間を20分程度まで短縮できた。さらに、これらの場合、浸漬する水に対して、市販の界面活性剤を1〜10重量%添加することにより、剥離所要時間を10分程度まで短縮できた。
【0034】
これにより、界面活性剤の添加により、カーボン薄膜に対する水との相溶性が向上し、これに伴って基板からの剥離が促進されることが推測される。
【0035】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明方法によれば、化学的に不活性であるうえに他物質と強固な密着性を生じることが少なく、且つ、平坦性が良好なカーボン薄膜を介して基板上に堆積膜を形成させるので、堆積膜の膜質や膜表面の平坦性を変化させることが少ない。
【0036】
そして、水中への浸漬などの簡便な方法により堆積膜を基板から容易に剥離することができる。さらに、浸漬を行う水中に界面活性剤を添加することにより上記した剥離の効率がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】真空蒸着装置の略断面図
【図2】スパッタ成膜装置の略断面図
【図3】基板上に下地膜を介して形成された堆積膜の略断面図
【図4】基板上に下地膜を介して形成された多層積層膜の略断面図
【図5】基板上に形成された下地膜と堆積層との交互層から成る多層積層膜の略断面図
【符号の説明】
3 23 基板
34 カーボン薄膜(下地膜)
33 A B C D 堆積膜
Claims (4)
- 基板上に形成した堆積膜を剥離する方法において、
カーボンターゲットをスパッタリングし、カーボンスパッタ粒子を、前記基板の表面に対して40°以下の角度で入射させて、カーボン薄膜から成る下地膜を形成し、
前記下地膜上に堆積膜を形成し、
前記基板を水中に浸漬し、前記下地膜と前記堆積膜を前記基板から剥離させることを特徴とする堆積膜の剥離方法。 - 前記カーボン薄膜から成る下地膜は、2nm以上の膜厚に形成することを特徴とする請求項1に記載の堆積膜の剥離方法。
- 超音波を照射しながら前記堆積膜を剥離させることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の堆積膜の剥離方法。
- 前記基板を浸漬する前記水に界面活性剤を1〜10重量%添加しておくことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の堆積膜の剥離方法。
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