JP4243975B2 - Ion beam etching method and ion beam etching apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンビームを用いて被エッチング膜をエッチングするイオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体基板上に形成されるLSI等の能動素子の製造工程においては、絶縁層や配線層を所定の形状にパターニングするためにイオンビームエッチング法あるいはイオンミリング法が用いられている。これらのエッチング法によるパターン形成を行うにあたっては、一般に、半導体基板の被加工面に対して有機材料でなるレジストマスクを形成する必要があった(例えば下記特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−297956号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体基板上にレジストマスクを形成してエッチングを行う方法では、レジストマスクを形成するにあたり、半導体基板上へのレジストの塗布、ベーキング、露光、現像、洗浄の各工程を行い、エッチング工程の終了後はレジストマスクを基板上から除去する工程が必要となる。従来ではこれらの処理を各層毎に繰り返し行う必要があったので、製造プロセスの複雑化による生産性の悪化、プロセス管理負担の増大を免れないという問題があった。
【0005】
また、液晶パネル用のガラス基板に透明電極パターンを形成する場合や、高解像度撮像管に用いられる光導電性ターゲットの透明電極をパターニングする場合においては、従来では透明電極材料層の表面にレジストマスクを形成してパターンエッチングを行っていた。ところが、この方法ではレジストマスクの除去後、透明電極の表面性状が劣化して所望とする光透過率が得られなくなるという問題がある。このため従来のエッチング法では、光学デバイスに要求される高品質化に十分に対応することができない。
【0006】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、製造プロセスを簡素化して生産性の大きな向上を図ることができ、また、光学デバイスの製造に用いて好適なイオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置を提供することを課題とする。
【0007】
以上の課題は、透明基板上に形成したITO膜をイオンビームによって所定の形状にパターニングするイオンビームエッチング方法であって、前記ITO膜の加工領域を定める開口が形成された導電性のマスク部材を前記透明基板上に対向配置する工程と、前記マスク部材を接地する工程と、前記マスク部材を介して前記ITO膜に、エネルギーが300eV〜2keV、ドーズ量が1×10の16乗(個/cm 2 )以上のイオンビームを照射することで、前記加工領域をエッチングする工程とを有するイオンビームエッチング方法、によって解決される。
【0008】
また、以上の課題は、表面に被エッチング膜が形成された基板を支持し、接地回路に接続されたステージと、前記ステージに支持された基板の表面に対してイオンビームを照射するイオンビーム照射源と、前記基板の表面に間隙をおいて配置され、前記被エッチング膜の加工領域を定める開口が形成された導電性のマスク部材と、前記基板の表面に前記間隙を介して前記マスク部材を支持し、かつ、前記マスク部材を前記ステージへ電気的に接続するマスク支持具とを具備するイオンビームエッチング装置、によって解決される。
【0009】
本発明では、被エッチング膜の加工領域を定める開口が形成されたマスク部材を基板上に対向配置し、マスク部材を介して被エッチング膜にイオンビームを照射しエッチングするようにしている。マスク部材は従来のレジストマスクと同等の機能を有しながら、基板上へのレジスト塗布、ベーキング、露光、現像等の各処理を施す必要は一切なくなるので、エッチング工程のための基板処理工程数を大幅に削減でき、生産性の増大を図ることができる。
【0010】
更に、エッチング終了後の基板表面からのマスク除去工程が不要となるので、例えばパターニングした透明電極層の光学的特性の劣化を回避して、高品質の光学デバイスの製造にも十分に対応することが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、例えば、液晶表示装置用パネルや高解像度撮像管用光導電性ターゲット等の製造に用いられる、ガラス基板表面の透明電極膜のパターニング方法を例に挙げて説明する。
【0012】
図1は本発明の実施の形態を示している。被処理基板10は図示しない真空チャンバ内のステージ1上に載置されており、その上に本発明に係るマスク部材20が所定の間隙Gをおいて対向配置されている。マスク部材20には被処理基板10表面の被エッチング膜の加工領域を定める開口21が形成されている。
【0013】
図2Aは被処理基板10とマスク部材20とを示す拡大図である。被処理基板10は、透明なガラス基板11の表面に透明電極膜としてITO(Indium Tin Oxide)膜12が形成されてなるもので、このITO膜12がイオンビームIBによって加工される被エッチング膜に対応する。
【0014】
マスク部材20は導電性で、例えばシリコンやステンレスの板等で構成される。マスク部材20は、図示しないイオンビーム照射源から照射されるイオンビームIBの照射領域に対応して凹所22が形成されることによって、凹所22の形成領域のマスク厚が他の領域よりも薄厚化されている。この薄厚化された領域が、被処理基板10に対するイオンビームIBの照射を制限するマスク部23を構成している。凹部22は、被処理基板10の外径と同等以上の大きさに形成されている。
【0015】
マスク部23に形成される開口21は、被処理基板10のITO膜12の加工領域を定めるためのもので、開口21を通過するイオンビームによって、図2Bに示すように上記開口21に対応するITO膜12の領域のみがエッチングされるようになっている。開口21は、被処理基板10の全ての加工領域に対応して形成されており、一度のイオンビーム照射工程で被処理基板10の全ての加工領域をエッチングすることができるようになっている。。
【0016】
すなわち、マスク部材20のマスク部23は、従来のレジストマスクと同様な作用を行うものであるが、従来のレジストマスクと異なる点は、被処理基板10の表面に直接形成されないで、被処理基板10の表面の上方に対向配置されている点にある。
【0017】
マスク部23を被処理基板10の表面に対向配置させる手法として、本実施の形態では、図1に示すように、ステージ1上に被処理基板10と同等の厚さのマスク支持部材2を配置し、このマスク支持部材2の上に所定厚のテープ部材3を介してマスク部材20を支持するようにしている。
【0018】
マスク支持部材2は、被処理基板10の周囲を囲むように環状に形成されている。テープ部材3は被処理基板10とマスク部23との間の間隙Gを調整するためのもので、本実施の形態では100μm厚のアルミニウム製テープ部材3を設けている。本実施形態では、マスク支持部材2及びテープ部材3によって、マスク支持具が構成される。
【0019】
なお、テープ部材3をアルミニウム等の金属製とし、このテープ部材3の周縁部をステージ1を介して図示しない接地回路へ接続するようにすれば、イオンビームの照射によるマスク部材20の帯電を抑制することが可能となる。
【0020】
次に、以上のように構成される本実施の形態の作用について説明する。
【0021】
表面にITO膜12が形成された被処理基板10をその表面側を上方へ向けてステージ1上へ配置する。その後、マスク部材20をステージ1上のマスク支持部材2の上にテープ部材3を介して配置し、そのマスク部23と被処理基板10表面とをアライメントする。そして、図示しないイオンビーム照射源からのイオンビームIBをマスク部23を介して被処理基板10表面のITO膜12に照射しエッチングする。
【0022】
図2Aに示したように、イオンビームIBは、マスク部材20のマスク部23によって被処理基板10への照射領域が制限され、開口21の形成部位に対応するITO膜12の領域のみイオンビームIBが照射される。これにより、被処理基板10表面のITO膜12は図2Bに示したようにマスク部23の開口21に対応したパターンにエッチングされる。
【0023】
本実施の形態によれば、開口21を有するマスク部材20を被処理基板10表面に対向配置させるだけで所望のエッチングパターンを得ることができるので、従来のレジストマスクを用いるエッチング法に比べてレジストマスクの形成工程が不要となり、したがって、エッチング工程の大幅な簡素化を図ることができる。また、マスク部材20の交換のみで基板上に異なるパターンの層を容易に形成することができる。これにより、従来に比べて生産性の大幅な向上を図ることができる。
【0024】
しかも、レジストの形成及び除去工程を伴わないので、ITO膜12の表面性状が劣化するという問題も解消できる。したがって、光学的特性の優れた透明電極を形成できるので、特に高解像度の撮像管用ターゲットの製造プロセスに好適に採用することができる。
【0025】
本発明者らは、基板上にITO膜を30nmの厚さに形成し、本発明のイオンビームエッチング法によってITO膜の回路パターンを形成した。イオンビームを生成するイオンはアルゴンイオン(Ar+)とし、加速エネルギーは300eV〜5keVとした。そして、互いに開放関係にある2つのパターン上に端子を配置して基板表面の電気抵抗を測定したところ、表1に示すような実験結果を得た。
【0026】
【表1】
【0027】
表1から明らかなように、パターンを適正に形成することができるイオンの照射量(ドーズ量)は、300eV〜2keVの加速エネルギーで1×10の16乗以上であることがわかる。
【0028】
イオンビームの種類としては、Ar、Xe等の不活性ガスの他、酸素やメタノール等アルコール系ガスも使用可能である。酸素を用いた場合は、酸化反応も期待され、より絶縁性が改善される。アルコールを用いた場合は、分子状イオンが生成されるため、より少ないドーズ量でのパターン加工が可能となる。
【0029】
なお、イオンの加速エネルギーが大きくなると、ITO膜の構成分子がガラス基板表面に埋没するノックオン現象が生じることが確認されている。この現象が生じると、パターンが完全に分断されていても基板表面を介してパターン間が短絡し配線不良を引き起こす原因となる。
したがって、イオンの加速エネルギーは2keV以下が好ましく、また、加速エネルギーがあまりにも低いとチャージアップ効果によりイオン照射量が不安定となるため300eV以上が好ましい。
【0030】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0031】
例えば以上の実施の形態では、被処理基板10とマスク部材20との間に所定の間隙Gを形成するのに、ステージ1上に配置したマスク支持部材2でマスク部材20を支持するようにしたが、これに限らず、例えば図3に示すように、マスク部材20の上面を保持するマスクホルダ4を用いて、マスク部材20と被処理基板10との間の間隙Gを形成するようにしてもよい。
【0032】
また、以上の実施の形態では、透明電極材料のパターニング工程に本発明を適用した例について説明したが、勿論これに限らず、例えば半導体基板上に形成される絶縁層や配線層等のパターンエッチングにも、本発明は適用可能である。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、被エッチング膜の加工領域を定める開口が形成されたマスク部材を基板上に対向配置し、このマスク部材を介して被エッチング膜にイオンビームを照射しエッチングするようにしているので、基板上へレジストマスクを形成することなく所望のパターンエッチングを行うことが可能となり、これによりエッチングのための基板処理工程数を大幅に削減でき、生産性の増大を図ることができる。
【0034】
また、本発明によれば、被エッチング膜表面へのレジストマスクの形成及びその除去工程が不要となるので、例えばパターニングした透明電極層の光学的特性の劣化を回避して、高品質の光学デバイスの製造にも十分に対応することが可能となる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるイオンビームエッチング装置の要部の構成を示す側断面図である。
【図2】被処理基板とマスク部材との関係を拡大して示す側断面図である。
【図3】図1の構成の変形例を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 ステージ
2 マスク支持部材
3 テープ部材
4 マスクホルダ
10 被処理基板
11 ガラス基板
12 ITO膜
20 マスク部材
21 開口
22 凹所
23 マスク部
G 間隙
IB イオンビーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion beam etching method and an ion beam etching apparatus for etching a film to be etched using an ion beam.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the manufacturing process of active elements such as LSI formed on a semiconductor substrate, an ion beam etching method or an ion milling method is used to pattern an insulating layer or a wiring layer into a predetermined shape. In performing pattern formation by these etching methods, it is generally necessary to form a resist mask made of an organic material on the processing surface of a semiconductor substrate (see, for example,
[0003]
[Patent Document 1]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 11-297956
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of performing etching by forming a resist mask on a semiconductor substrate, the resist coating, baking, exposure, development, and cleaning steps are performed on the semiconductor substrate to form the resist mask. After completion, a step of removing the resist mask from the substrate is required. Conventionally, it has been necessary to repeatedly perform these processes for each layer, and thus there has been a problem that it is inevitable that the productivity deteriorates due to the complexity of the manufacturing process and the process management burden increases.
[0005]
In the case of forming a transparent electrode pattern on a glass substrate for a liquid crystal panel or patterning a transparent electrode of a photoconductive target used for a high-resolution image pickup tube, a resist mask is conventionally used on the surface of the transparent electrode material layer. Pattern etching was performed. However, this method has a problem that after the resist mask is removed, the surface properties of the transparent electrode deteriorate and the desired light transmittance cannot be obtained. Therefore, the conventional etching method cannot sufficiently cope with the high quality required for the optical device.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can simplify the manufacturing process and greatly improve the productivity, and also provides an ion beam etching method and an ion beam etching apparatus suitable for use in manufacturing an optical device. The task is to do.
[0007]
An object of the present invention is to provide an ion beam etching method for patterning an ITO film formed on a transparent substrate into a predetermined shape using an ion beam, and comprising a conductive mask member having an opening for defining a processing region of the ITO film. The step of opposingly arranging on the transparent substrate , the step of grounding the mask member, and the ITO film through the mask member with an energy of 300 eV to 2 keV and a dose of 1 × 10 16 (pieces / cm 2 ) It is solved by an ion beam etching method including a step of etching the processing region by irradiating the above ion beam.
[0008]
In addition, the above-described problem is that an ion beam irradiation is performed to support a substrate having a film to be etched formed on the surface , and to irradiate an ion beam onto a stage connected to a ground circuit and the surface of the substrate supported on the stage. A source , a conductive mask member disposed with a gap on the surface of the substrate, and having an opening for defining a processing region of the film to be etched, and the mask member on the surface of the substrate via the gap This is solved by an ion beam etching apparatus that includes a mask support that supports and electrically connects the mask member to the stage .
[0009]
In the present invention, a mask member in which an opening for defining a processing region of the film to be etched is disposed oppositely on the substrate, and the film to be etched is irradiated with an ion beam through the mask member for etching. While the mask member has the same function as a conventional resist mask, there is no need to perform resist coating, baking, exposure, development, etc. on the substrate, so the number of substrate processing steps for the etching process can be reduced. It can be greatly reduced and productivity can be increased.
[0010]
Furthermore, since the mask removal process from the substrate surface after the etching is not required, the deterioration of the optical characteristics of the patterned transparent electrode layer, for example, can be avoided, and the high-quality optical device can be sufficiently manufactured. Is possible.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, for example, a method for patterning a transparent electrode film on the surface of a glass substrate, which is used for manufacturing a panel for a liquid crystal display device, a photoconductive target for a high-resolution imaging tube, and the like will be described as an example.
[0012]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. A
[0013]
FIG. 2A is an enlarged view showing the
[0014]
The
[0015]
The opening 21 formed in the
[0016]
That is, the
[0017]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
[0018]
The
[0019]
If the
[0020]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
[0021]
The
[0022]
As shown in FIG. 2A, in the ion beam IB, the irradiation region of the substrate to be processed 10 is limited by the
[0023]
According to the present embodiment, a desired etching pattern can be obtained simply by disposing the
[0024]
In addition, since the resist formation and removal steps are not involved, the problem that the surface properties of the
[0025]
The inventors of the present invention formed an ITO film with a thickness of 30 nm on a substrate, and formed a circuit pattern of the ITO film by the ion beam etching method of the present invention. The ions that generate the ion beam were argon ions (Ar + ), and the acceleration energy was 300 eV to 5 keV. Then, terminals were placed on two patterns in an open relationship with each other, and the electrical resistance on the surface of the substrate was measured. The experimental results shown in Table 1 were obtained.
[0026]
[Table 1]
[0027]
As is apparent from Table 1, the ion irradiation amount (dose amount) capable of properly forming the pattern is 1 × 10 16 or more with acceleration energy of 300 eV to 2 keV.
[0028]
As the type of ion beam, in addition to an inert gas such as Ar or Xe, an alcohol-based gas such as oxygen or methanol can be used. When oxygen is used, an oxidation reaction is also expected, and the insulation is further improved. When alcohol is used, since molecular ions are generated, pattern processing with a smaller dose becomes possible.
[0029]
It has been confirmed that when the acceleration energy of ions increases, a knock-on phenomenon occurs in which the constituent molecules of the ITO film are buried in the glass substrate surface. When this phenomenon occurs, even if the pattern is completely divided, the pattern is short-circuited through the substrate surface, causing a wiring defect.
Therefore, the ion acceleration energy is preferably 2 keV or less, and if the acceleration energy is too low, the ion irradiation amount becomes unstable due to the charge-up effect, and therefore 300 eV or more is preferable.
[0030]
The embodiment of the present invention has been described above. Of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
[0031]
For example, in the above embodiment, the
[0032]
In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the patterning process of the transparent electrode material has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, pattern etching of an insulating layer, a wiring layer, or the like formed on a semiconductor substrate. In addition, the present invention is applicable.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the mask member in which the opening for defining the processing region of the film to be etched is disposed oppositely on the substrate, and the film to be etched is irradiated with the ion beam through the mask member. Since etching is performed, it is possible to perform a desired pattern etching without forming a resist mask on the substrate, thereby greatly reducing the number of substrate processing steps for etching and increasing productivity. Can be planned.
[0034]
Further, according to the present invention, the formation of a resist mask on the surface of the film to be etched and the step of removing the resist mask are not required. It will be possible to fully support the manufacturing of the product. [Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a main part of an ion beam etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged side sectional view showing a relationship between a substrate to be processed and a mask member.
FIG. 3 is a side sectional view showing a modification of the configuration of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ITO膜の加工領域を定める開口が形成された導電性のマスク部材を前記透明基板上に対向配置する工程と、
前記マスク部材を接地する工程と、
前記マスク部材を介して前記ITO膜に、エネルギーが300eV〜2keV、ドーズ量が1×10の16乗(個/cm 2 )以上のイオンビームを照射することで、前記加工領域をエッチングする工程とを有するイオンビームエッチング方法。An ion beam etching method for patterning an ITO film formed on a transparent substrate into a predetermined shape by an ion beam,
A step of opposingly placing a conductive mask member formed with an opening for defining a processing region of the ITO film on the transparent substrate ;
Grounding the mask member;
Etching the processing region by irradiating the ITO film with an ion beam having an energy of 300 eV to 2 keV and a dose of 1 × 10 16 (pieces / cm 2 ) or more through the mask member; An ion beam etching method comprising:
前記ステージに支持された基板の表面に対してイオンビームを照射するイオンビーム照射源と、
前記基板の表面に間隙をおいて配置され、前記被エッチング膜の加工領域を定める開口が形成された導電性のマスク部材と、
前記基板の表面に前記間隙を介して前記マスク部材を支持し、かつ、前記マスク部材を前記ステージへ電気的に接続するマスク支持具と
を具備するイオンビームエッチング装置。A stage that supports a substrate with a film to be etched formed on the surface and is connected to a ground circuit;
An ion beam irradiation source for irradiating the surface of the substrate supported by the stage with an ion beam;
A conductive mask member disposed with a gap on the surface of the substrate and having an opening for defining a processing region of the film to be etched;
An ion beam etching apparatus comprising: a mask support that supports the mask member on the surface of the substrate through the gap and electrically connects the mask member to the stage.
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