JPH0741936A - 酸化物薄膜のパターンニング方法とこれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メタルマスクの使用による不利益なく、しか
も高精度形状のパターンニングを高速でかつ低コストで
実現できるようにする。 【構成】 基板２上の酸化物薄膜３を、この表面に施し
た耐ブラスト性レジスト６を介してブラスト処理するこ
とにより、酸化物薄膜３の不要部分を除去し所定のパタ
ーンに形成することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸化物薄膜のパターンニ
ング方法、およびこれに用いる装置、具体的にはブラス
ト装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化物薄膜は、電気電子材料、センサ材
料、構造材料等、広範な用途に広がりつつある。特に、
ペロブスカイト型複合化合物は超伝導材料や誘電体材料
として高性能な機能を有する材料である。この材料の薄
膜を形成する手段として、近年スパッタリング法、ＣＶ
Ｄ（化学気相成長）法、ゾルゲル法など多くの種類のプ
ロセスが提案されている。

【０００３】また、ペロブスカイト構造の材料を基板上
に膜形成させるためには、格子定数が膜構造とマッチン
グするマグネシア結晶などを基板材料としたエピタキシ
ャル成長をさせる必要がある。

【０００４】このような手法を採用した従来の酸化物薄
膜のパターンニング方法について図２を参照して説明す
る。

【０００５】本例はスパッタリング法を採用したもの
で、真空チェンバー内のアルゴン等の不活性ガス中に、
図に示すようにパターンニングを行いたい材料であるＰ
ｂＬａＴｉＯ₃ などのペロブスカイト型複合化合物のタ
ーゲット（焼結および粉末材料）１１１と、パターンニ
ング対象物であるＭｇＯ（マグネシア）基板１１２とを
対向させて配置し、ターゲット１１１に高周波電力を印
加することによりガスをプラズマ化させてターゲット１
１１の材料をはじき出して、ＭｇＯ基板１１２の表面に
ターゲット１１１と同じ組成を有したペロブスカイト型
複合化合物である薄膜１１４を形成するが、この際Ｍｇ
Ｏ基板１１２の表面にメタルマスク１１３を配置するこ
とにより、前記薄膜が所定のパターンに形成されるよう
にする。

【０００６】また、ぺロブスカイト型複合化合物である
薄膜１１４の材料特性はＭｇＯ基板１１２の温度や薄膜
形状によって大きく変化する。これを熱的に安定させる
ために、ランプヒータ１１５をＭｇＯ基板１１２の上部
に配置し、スパッタリングの際にＭｇＯ基板１１２を５
００〜６００℃の温度に加熱するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のよ
うにＭｇＯ基板１１２を高温に加熱すると、この加熱が
ＭｇＯ基板１１２の表面に配置したメタルマスク１１３
に影響し、メタルマスク１１３が熱変形を起こし、Ｍｇ
Ｏ基板１１２との間に隙間が発生する。

【０００８】そして、この隙間内にスパッタリングによ
りはじき出されるターゲット材料が入り込みやすいの
で、パターンニングに各種の太りが生じパターン精度が
低下する。しかもこのような隙間へのターゲット材料の
入り込みがありながら、メタルマスク１１３の開口がＭ
ｇＯ基板１１２の表面から浮いた状態にて、ターゲット
材料が基板１１２の表面上へ通過する範囲を制限するの
で、この表面の前記メタルマスク１１３の開口に対応す
るパターン形状における周縁部へのターゲット材料の到
着を邪魔する傾向にある。このため、中央がより多くの
ターゲット材料が到着して高くなり、周辺部がターゲッ
ト材料の到着が少なくて低くなった、図に示すような山
形の断面形状になりやすいし、その形状や大きさが一定
しない。

【０００９】ところで、メタルマスクを使用しないで、
基板上の全面に成膜した後エッチングによりパターンニ
ングすることができれば、前記のような課題は解消す
る。

【００１０】しかしＰｂＬａＴｉＯ₃ などのペロブスカ
イト型複合化合物の薄膜等は塩酸類のエッチング液にし
か溶解しない。このため前記エッチングを行うのに塩酸
類のエッチング液に耐えるレジスト材料が必要である。
しかし、これを満足するものはないので実現は困難であ
る。

【００１１】これに対し、ＲＩＥなどのドライエッチン
グプロセスを用いると実現はする。

【００１２】しかし、この場合はエッチング速度が例え
ば０．０１μｍ／ｍｉｎ程度と遅い上、装置設備が高価
であるため、パターンニングコストが増大し、実用には
向かないものである。

【００１３】本発明は、メタルマスクを使用せずに、基
板の全面に成膜した後、これを新規な方法によってパタ
ーンニングして、高精度なパターンを高速に、かつ低コ
ストで形成することができる酸化物薄膜のパターンニン
グ方法、およびこれに用いる装置を提供することを課題
とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の酸化物薄膜のパ
ターンニング方法は上記の課題を解決するために、基板
上の酸化物薄膜を、この表面に施した耐ブラスト性レジ
ストを介してブラスト処理することにより、酸化物薄膜
の不要部分を除去し所定のパターンに形成することを特
徴とする。

【００１５】この場合、ブラスト処理は低圧の圧縮空気
により行い、また微小なブラスト処理粒子を用いて行う
のが好適である。

【００１６】これらいずれの構成においても、酸化物薄
膜をＡＢＯ₃ で構成されるペロブスカイト型複合化合物
とし、ＡサイトはＰｂ、Ｂａ、ＳｒおよびＬａのうち少
なくとも１種の元素を、ＢサイトはＴｉおよびＺｒのう
ち少なくとも１種の元素をそれぞれ含むものとすること
ができるし、基板はマグネシア単結晶よりなるものを用
いることができる。

【００１７】本発明の酸化物薄膜のパターンニングに用
いるブラスト装置は、ブラスト処理粒子を混合した圧縮
空気を噴射する複数のノズルと各ノルズが噴出する圧縮
空気の圧力を制御する手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１８】この場合、基板の処理面の反射率または透
過率を測定する手段を備えるのが好適である。

【００１９】

【作用】本発明の酸化物薄膜のパターンニング方法の上
記構成によれば、基板上の酸化物薄膜を、この表面に施
した耐ブラスト性レジストを介しブラスト処理するの
で、レジストによって覆っている部分はこのレジストの
耐ブラスト性によってブラスト処理粒子から保護し、レ
ジストに覆われていない露出した部分の酸化物薄膜にの
みブラスト処理粒子を働かせて、これを物理的にはじき
出させて効率よく除去するので、メタルマスクを用いず
全面に形成した酸化物薄膜から、従来のエッチング法に
よらないブラスト処理にて、レジスト通りのパターンニ
ングを高速で達成することができる。

【００２０】この場合、ブラスト処理の際の圧縮空気を
低圧にすると、ブラスト処理粒子によって基板材料に与
えるダメージを低減し、かつブラスト処理粒子が非パタ
ーンニング領域に及ぶのを抑止して、パターンニング精
度を向上することができる。

【００２１】また、微小なブラスト処理粒子を用いる
と、酸化物薄膜材料を微小単位ではじき出せるので、複
雑かつ微細なパターンニングをもレジスト形状通りに正
確に達成することができる。

【００２２】これらいずれの場合においても、酸化物薄
膜をＡＢＯ₃ で構成されるペロブスカイト型複合化合物
とし、ＡサイトはＰｂ、Ｂａ、ＳｒおよびＬａのうち少
なくとも１種の元素を、ＢサイトはＴｉ、およびＺｒの
うち少なくとも１種の元素をそれぞれ含むものとし、さ
らには基板はマグネシア単結晶よりなるものを用いるこ
とにより、ペロブスカイト型複合化合物による酸化物薄
膜の高品質なパターンニングを確実に実現することがで
きる。

【００２３】本発明の酸化物薄膜のパターンニングに用
いるブラスト装置の上記構成によれば、複数のノズルか
らブラスト処理粒子を混合した圧縮空気を１つの基板に
対し同時に噴射することができるので、ブラスト処理速
度を増大することができる。

【００２４】また、各ノルズから噴出する圧縮空気の圧
力を制御手段により種々に制御することができるので、
酸化物薄膜の材料等の各種物理的性質に対応したパター
ンニング条件を設定することができるし、このような条
件を各ノズル毎に設定して部分毎に異なる条件でのパタ
ーンニングを同時進行して行うことができる。

【００２５】そして、基板面の反射率ないし透過率を測
定手段によって測定できるようにすると、基板面が所定
の反射率ないし透過率に達したかどうかによって、ブラ
スト処理の進行具合を判別し、基板上の薄膜の厚みがば
らついているような場合でもこれに影響されることなく
安定したパターンニングを達成することができる。

【００２６】

【実施例】以下本発明の酸化物薄膜のパターンニング方
法およびブラスト装置が適用された一実施例について、
図１に基づき説明する。

【００２７】図１（ａ）に示すようにＭｇＯ基板２の全
面に酸化物薄膜としてのＰｂＬａＴｉＯ₃ （以下ＰＬＴ
と略称する。）薄膜３をスパッタリング手法により形成
する。

【００２８】このＰＬＴ薄膜３形成のために、ＭｇＯ基
板２はＰｂＬａＴｉＯ₃ よりなるＰｂ過剰のターゲット
１と共に、これらが互いに上下に対向するようにして真
空チェンバ１１内に置かれる。真空チェンバ１１内は不
活性なアルゴンガスと微量の酸素ガスによる雰囲気とし
てあり、ターゲット１に高周波電力を印加することによ
って反応性スパッタリングがなされ、ＭｇＯ基板２の表
面にターゲット１の材料と同じ組成のＰＬＴ薄膜３が形
成される。

【００２９】なおＭｇＯ基板２の上部にはヒータ５を設
け、ＭｇＯ基板２を５００〜７００℃程度に加熱して、
ＰＬＴ薄膜３の材料特性を熱的に安定させるようにして
ある。

【００３０】このスパッタリングに際しＭｇＯ基板２の
表面には金属マスクを設けていないので、ＭｇＯ基板２
の全面にＰＬＴ薄膜３が一様に形成される。

【００３１】このときターゲット１の材料としてＰｂが
過剰に含むようにしているのは、ＰＬＴ薄膜３を形成す
る際のＭｇＯ基板２の温度が５００〜７００℃程度と高
温になることにより、蒸気化圧の低いＰｂ成分が蒸発
し、ＰＬＴ薄膜３のストイキオメトリー（組成比）が変
化してしまうのを防止するためである。

【００３２】ＭｇＯ基板２の温度を高温に加熱するヒー
タ５としては、セラミックヒータを用いている。セラミ
ックヒータ５は、従来から用いられているランプヒータ
やシーズヒータに比し、温度分布が均一である上、ヒー
タ寿命が大幅に向上する利点がある。

【００３３】スパッタリングされたＰＬＴの材料粒子が
直接セラミックヒータ５上に付着するのを防ぐために、
セラミックヒータ５とＭｇＯ基板２との間を遮断する石
英ガラス板４を配置してある。

【００３４】以上のような加熱構造にてＰＬＴ薄膜３を
スパッタリングにより成膜すると、ＭｇＯ基板２を所定
温度にむらなく安定して加熱することができるので、誘
電および焦電特性の優れたＰＬＴ薄膜３を安定して成膜
することができる。

【００３５】しかも基板２にマグネシア単結晶を用いて
実現したものであり、格子定数がＰＬＴ薄膜３の膜構造
とマッチングするので、ＰＬＴ薄膜３の成膜はより安定
したものとなる。

【００３６】なお図示しないが、ＰＬＴ薄膜３を大量に
成膜するためには、真空チェンバー１１内に回転する図
示しない基板ホルダーを設け、大量のＭｇＯ基板２を基
板ホルダーの同一円周上に配置した状態でターゲット１
上を順次に通過させる構成を採ることにより、基板ホル
ダー上部に配置されたドーナツ状のセラミックヒータか
らの非接触加熱により大量の成膜を安定して行えるよう
になる。

【００３７】上記のプロセスで製作されたＭｇＯ基板２
の表面にＰＬＴ薄膜３が成膜されたものをワークとし、
このワークのＰＬＴ薄膜３上に耐ブラスト性のある材料
にてレジスト６を形成する。

【００３８】このようなレジスト６は、本発明者等の実
験によればドライフィルムを用いた写真法により形成す
るのが好適であった。

【００３９】ドライフィルムによるレジスト６の形成は
従来通りでよく、基板２の表面にドライフィルムをラミ
ネートした後、これに所望のパターンを形成したガラス
マスクを介して紫外線により露光し、次いで現像と洗浄
を順次行う。これにより、ＭｇＯ基板２上のＰＬＴ薄膜
３の上の形成すべきパターン部分のみにドライフィルム
の感光層によるレジスト６が形成される。

【００４０】この感光層は、ブラスト処理粒子が衝突し
ても自身の弾性によってこれによく耐え、５０μｍ程度
の膜厚にて十分なレジスト機能を発揮した。もっともど
のような材料の薄膜をパターンニングするかによって、
ブラスト処理時間やブラスト処理強度等に違いがあるの
で、これらの違いに応じてレジスト材料を種々に設定す
ればよい。もっとも単純には、レジスト層の厚みを例え
ば１００μｍと増すことにより耐ブラスト強度を倍増す
ることができ、レジスト層の厚みの調整だけで必要な耐
ブラスト性が得られるし、このような厚みの調節により
対応すると、原理的にはどのようなレジスト材料を用い
ることもできる。

【００４１】図１（ｂ）はこのレジスト６が形成された
ワークとしてのＭｇＯ基板２上のＰＬＴ薄膜３をパター
ンニングする装置を示している。

【００４２】この装置は図に示すように、水平なテーブ
ル２１を有し、この上にＭｇＯ基板２を支持してパター
ンニングのためのブラスト処理に供する。

【００４３】テーブル２１上には、複数の噴射ノズル７
ａ、７ｂが設けられ、ブラスト処理粒子９ａ、９ｂを混
合した圧縮空気を、テーブル２１上のＭｇＯ基板２の表
面に対し垂直となる真下向きに噴射するようにしてあ
る。噴射ノズル７ａ、７ｂはこれらから噴出する圧縮空
気の圧力を個別に制御する圧力制御ユニット８に接続さ
れるとともに、予めプログラムされた速度および方向に
自動的に移動されるようにしてある。

【００４４】ブラスト処理粒子９ａ、９ｂは、本発明者
等の実験ではアルミナを主体としたものを用いて好結果
を得た。しかし、これに限らず他のどのような材料のも
のをも単独であるいは組み合わせて用いることができ
る。他の代表的なものとしては、セラミック、ガラス、
砂等がある。

【００４５】このブラスト処理粒子９ａ、９ｂは、本発
明者等の実験によれば、粒径が１００μｍ程度以下のも
のが適当であるが、高精度なパターンニングには特に４
０μｍ〜７０μｍ程度の微小なものがより好適である。

【００４６】また、このようなブラスト処理粒子９ａ、
９ｂが混入した圧縮空気は、高精度なパターンニングの
ためには低圧であるのが好適であり、ブラスト処理の進
行性をも加味して、２〜４Ｋｇ／ｃｍ² 程度に設定して
有効であった。

【００４７】噴射ノズル７ａ、７ｂの前記プログラムに
従った移動によって、ＭｇＯ基板２上の所定の範囲およ
び箇所を自由にブラスト処理することができる。ブラス
ト処理の際、噴射ノズル７ａ、７ｂから圧縮空気ととも
に噴出される微小なブラスト処理粒子９ａ、９ｂは、レ
ジスト６およびＰＬＴ薄膜３に高い運動エネルギーで衝
突する。

【００４８】このとき、ＰＬＴ薄膜３は０．１μｍ／ｍ
ｉｎ程度の高速でＰＬＴ薄膜３の材料がブラスト処理粒
子９ａ、９ｂによってはじき出され物理的に除去されて
いく。これに対しレジスト６は自身の弾性が耐ブラスト
性を発揮して、ブラスト処理粒子９ａ、９ｂが衝突して
もこれによく耐え余り除去されない。したがって、レジ
スト６によって覆われない部分のＰＬＴ薄膜３が除去さ
れるだけであるので、レジスト６通りのパターンニング
を達成することができる。

【００４９】そしてこの時のパターン形状は、従来のメ
タルマスクによる成膜パターンニングに比べると、微小
領域でもＰＬＴ薄膜３の上面はレジスト６の保護によっ
て平坦な形状のままに維持されるため、高精度で安定し
たパターンニングが可能となる。

【００５０】なお、本実施例のように噴射ノズル７ａ、
７ｂを複数個設けてあると、大面積のパターンニングを
高速に達成することができる。

【００５１】また各噴射ノズル７ａ、７ｂに供給する圧
縮空気の圧力や、これに混入するブラスト処理粒子７
ａ、７ｂの材料を異ならせることにより、多層膜のサン
プルや、複数の材料からなるパターンニングへの対応も
実現する。

【００５２】そして、本実施例ではＭｇＯ基板２の上方
に光学センサユニット１０を設け、これによってＭｇＯ
基板２の表面の反射率を測定するようにしてある。Ｍｇ
Ｏ基板２の反射率は、ＰＬＴ薄膜３のある場合と、これ
がブラストによって除去されＭｇＯ基板２の表面が露出
した場合とで相違するので、この違いを検出することに
よってブラスト処理によるエッチングが終了したかどう
かを自動的に正確に判別し、ブラスト処理を直ちに終了
してエッチングが過度に行われるのを防止することがで
きる。

【００５３】もっとも、ＭｇＯ基板２がガラス等の透過
材料であるときは、ＭｇＯ基板２の下に図示しない透過
光検出器を設置して透過光を検出するようにすれば、Ｐ
ＬＴ薄膜３ブラスト処理によって除去された時点を自動
的に正確に判別することができる。

【００５４】これらブラスト処理の終了判定によると、
薄膜材料の膜厚がばらついている場合でも、安定したパ
ターンニングが可能となるとともに、無人自動運転によ
り高精度なパターンニングを実現することができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明の酸化物薄膜のパターンニング方
法によれば、メタルマスクを用いず全面に形成した酸化
物薄膜から、従来のようなエッチングによらない安価に
実施できるブラスト処理にて、レジスト通りのパターン
ニングを高速で達成することができ、実用に有効であ
る。

【００５６】この場合、ブラスト処理の際の圧縮空気を
低圧にすることにより、パターンニング精度を向上する
ことができるし、微小粒子のブラスト処理粒子を用いる
ことにより、複雑かつ微細なパターンニングをも正確に
達成することができる。

【００５７】そして、酸化物薄膜をＡＢＯ₃ で構成され
るペロブスカイト型複合化合物とし、ＡサイトはＰｂ、
Ｂａ、ＳｒまたはＬａのうち少なくとも１種の元素、Ｂ
サイトはＴｉ、およびＺｒのうち少なくとも１種の元素
をそれぞれ含むものとし、基板はマグネシア単結晶より
なるものを用いることにより、ペロブスカイト型複合化
合物による酸化物皮膜の高品質なパターンニングを確実
に実現し、低コストで大量に提供することができる。

【００５８】本発明の酸化物薄膜のパターンニングに用
いるブラスト装置によれば、複数のノズルからのブラス
ト処理を１つの基板に対し同時に実行することによりブ
ラスト処理速度を増大して、パターンニング速度をさら
に向上することができるし、各ノルズから噴出する圧縮
空気の圧力を種々に制御して、酸化物薄膜の材料等の各
種物理的性質に対応したパターンニング条件を設定する
ことにより、各種のパターンニングをも好適にて達成で
きるし、このような条件を各ノズル毎に設定して部分毎
に異なる条件でのパターンニングを同時進行して、異種
のパターンニングが複合する場合でも高速で達成するこ
とができる。

【００５９】そして、板面が所定の反射率ないし透過率
に達したかどうかで、ブラスト処理の進行具合を判別す
ることにより、基板上の薄膜の厚みがばらついているよ
うな場合でもこれに影響されることなく安定したパター
ンニングを達成し、パターンニングの失敗を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化物薄膜のパターンニング方法およ
びこれの装置が適用された一実施例を示す成膜状態およ
びブラスト処理状態の側面図である。

【図２】従来の酸化物薄膜のパターンニング方法の具体
例を示す側面図である。

【符号の説明】

２ 基板 ３ 酸化物薄膜 ６ レジスト ７ａ、７ｂ ノズル ８ 制御手段 ９ａ、９ｂ ブラスト処理粒子 １０ 測定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 陽一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中山 達雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石井 昌 奈良県橿原市新堂町376−１ 東洋精密工 業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の酸化物薄膜を、この表面に施し
   た耐ブラスト性レジストを介してブラスト処理すること
   により、酸化物薄膜の不要部分を除去し所定のパターン
   に形成することを特徴とする酸化物薄膜のパターンニン
   グ方法。
2. 【請求項２】 ブラスト処理は低圧の圧縮空気により行
   う請求項１に記載の酸化物薄膜のパターンニング方法。
3. 【請求項３】 ブラスト処理は微小なブラスト処理粒子
   を用いて行う請求項１、２のいずれかに記載の酸化物薄
   膜のパターンニング方法。
4. 【請求項４】 酸化物薄膜がＡＢＯ₃ で構成されるペロ
   ブスカイト型複合化合物であり、ＡサイトはＰｂ、Ｂ
   ａ、ＳｒおよびＬａのうち少なくとも１種の元素を、Ｂ
   サイトはＴｉ、およびＺｒのうち少なくとも１種の元素
   をそれぞれ含む請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物
   薄膜のパターンニング方法。
5. 【請求項５】 基板はマグネシア単結晶よりなるものを
   用いる請求項４に記載の酸化物薄膜のパターンニング方
   法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５にいずれかに記載の酸化物
   薄膜のパターンニング方法を実施するために用いるブラ
   スト装置であって、ブラスト処理粒子を混合した圧縮空
   気を噴射する複数のノズルと各ノルズが噴出する圧縮空
   気の圧力を制御する手段とを備えたことを特徴とする酸
   化物薄膜のパターンニングに用いるブラスト装置。
7. 【請求項７】 基板の処理面の反射率または透過率を測
   定する手段を備えた請求項６に記載の酸化物薄膜のパタ
   ーンニングに用いるブラスト装置。