JPWO2016132583A1 - 薄膜電子デバイスの製造方法、エッチング装置および薄膜電子デバイスの製造装置 - Google Patents
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Abstract
パーティクルの発生を抑制し、歩留りを向上させて、高精細なパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスを製造する製造方法、エッチング装置および製造装置を提供する。基板（１２）上に機能膜を形成する機能膜形成工程と、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング工程とを有し、エッチング工程において、基板上の機能膜と機能膜に対向して配置されるプラズマ発生用電極（１８、２７）との間にパターン形成用マスク（１７、２６）を設け、プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加して、プラズマを発生させ、基板の、プラズマ発生用電極とは反対側に配置されるバイアス電極（２０、２９）に、バイアス電圧を印加し、パターン形成用マスクを通過したプラズマによって基板上の機能膜をエッチングすることを特徴とする薄膜電子デバイスの製造方法である。また、そのためのエッチング装置と製造装置（１）である。
Description
本発明は、薄膜電子デバイスの製造方法とそのためのエッチング装置と薄膜電子デバイスの製造装置に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と記載する。）、有機薄膜太陽電池、液晶ディスプレイ素子等の種々の薄膜電子デバイスが開発されている。これらの薄膜電子デバイスは、薄板状とすることによって、携帯時や設置する際に取り扱いが容易となり、省スペース化され、輸送時や保管時の取り扱いもし易くなる。そのためには、基板上に精細な機能膜のパターン（形状、寸法）を形成することが求められる。ここで、機能膜とは、薄膜電子デバイスにおける主要な構成要素であり、パターン状に形成されることによって各種機能を発現するものである。
このような薄膜電子デバイスを構成する機能膜のパターンを形成する方法としては、従来から種々の方法が開示されている。特許文献１には、高分子フィルムの表面を回路パターンを成形したマスクで覆い、金属蒸着を施して回路パターンを形成するフレキシブルプリント基板の製造方法が開示されている。特許文献２には、開口パターンを形成したマスクを被処理材の表面に密接させて、真空雰囲気下でガスエッチングして穿孔する乾式エッチング方法が開示されている。一方、半導体の製造分野においては、半導体のエッチングによるパターン形成において、プラズマエッチング法が採用されている（例えば、特許文献３）。
しかしながら、特許文献１に記載のフレキシブルプリント基板の製造方法では、金属蒸着を繰り返すうちに、マスク上に金属が積層され、堆積した金属層の一部が脱落して、金属粉となり、基板上に欠陥を引き起こす懸念が存在していた。
特許文献２に記載の乾式エッチング方法では、マスクを被処理材表面に密着させた状態でエッチングするため、穿孔時に生じた溶融樹脂によってマスクと被処理材が接合するといった問題点を有していた。
パターン形成用のマスクを用いた蒸着法においては、マスク上に蒸着膜が堆積する。そのため、例えば有機ＥＬ素子では、有機膜を形成するため、マスク上に堆積した有機膜が搬送中に脱落し、パーティクルを発生させ、ダークスポットや電流リークといった故障の原因となって、歩留りを大きく低下させるという問題があった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、パーティクルの発生を抑制し、歩留りを向上させて、高精細なパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスを製造することが可能な薄膜電子デバイスの製造方法とそのためのエッチング装置と製造装置を提供することである。
本発明者らは、上記課題の解決策について検討を重ねたところ、半導体の製造分野で採用されているプラズマエッチング法に着目した。本発明者らは、プラズマエッチング法を薄膜電子デバイスの製造に活用するべく検討を進めた。
例えば、有機ＥＬ素子の場合、プラズマエッチング法では、マスクへの堆積が無いため、上記した蒸着法における問題点が生じることがなく、ロングランでの使用が可能となる。しかし、プラズマエッチングを行う際には、プラズマを生成させるために、チャンバ内圧力を蒸着時よりも高圧（０．１〜数百Ｐａ）にする必要がある。この圧力下ではプラズマイオンの平均自由行程が非常に短くなり、マスクと基板との間に隙間が存在すると、その隙間へプラズマイオンの回り込みが発生して、パターンボケが生じてしまい、高精度のパターンを形成することが困難となる。
一方、マスクを基板に密着させると、マスクが機能膜に接触した際に擦れが生じ、膜強度が低いために脱落して、パーティクルが発生し、製品の歩留りが大幅に低下する。このような理由から、従来は、両者の問題点を同時に解決できる方法がなかった。
ところが、基板のプラズマ発生部とは反対側に、プラズマイオンを引き付けるバイアス電圧を印加することによって、プラズマイオンの回り込みを抑制して、機能膜の高精細なエッチング加工を行うことが可能となることを見出した。
その結果、上記課題を解消し得ることを見出して、本発明に到達することができた。すなわち、本発明は、以下のような構成を有している。
１．基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスの製造方法であって、前記基板上に機能膜を形成する機能膜形成工程と、前記基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング工程とを有し、前記エッチング工程において、前記基板上の機能膜と該機能膜に対向して配置されるプラズマ発生用電極との間にパターン形成用マスクを設け、前記プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加して、前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間にプラズマを発生させ、前記基板の、前記プラズマ発生用電極とは反対側に配置されるバイアス電極に、プラズマイオンとは逆の極性のバイアス電圧を印加し、前記パターン形成用マスクを通過したプラズマイオンによって前記基板上の機能膜をエッチングすることを特徴とする薄膜電子デバイスの製造方法。
２．前記パターン形成用マスクと前記基板との間に間隙が存在することを特徴とする前記１に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
３．前記機能膜が有機膜であることを特徴とする前記１または前記２に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
４．前記プラズマ発生用電極には１３ＭＨｚ以上の高周波電圧を印加し、前記バイアス電極には直流電圧または周波数１０ＭＨｚ以下の交流電圧を印加することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
５．前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間に水素を存在させることを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
６．基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング装置であって、前記基板上の機能膜に対向して配置されたプラズマ発生用電極と、前記基板と前記プラズマ発生用電極との間に配置されたパターン形成用マスクと、前記基板の、前記プラズマ発生用電極とは反対側に配置されたバイアス電極と、前記プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加するための高周波電源と、前記バイアス電極にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源とを有し、前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間、および前記パターン形成用マスクと前記基板との間に、それぞれ間隙が存在することを特徴とするエッチング装置。
７．基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスの製造装置であって、前記基板上に機能膜を形成する機能膜形成部と、前記基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング部とを備え、前記エッチング部が、前記基板上の機能膜に対向して配置されたプラズマ発生用電極と、前記基板と前記プラズマ発生用電極との間に配置されたパターン形成用マスクと、前記基板の、前記プラズマ発生用電極とは反対側に配置されたバイアス電極と、前記プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加するための高周波電源と、前記バイアス電極にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源とを有し、前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間、および前記パターン形成用マスクと前記基板との間に、それぞれ間隙が存在することを特徴とする薄膜電子デバイスの製造装置。
本発明の薄膜電子デバイスの製造方法、エッチング装置および薄膜電子デバイスの製造装置によると、パーティクルの発生を抑制し、歩留りを向上させて、高精細なパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスを製造することができる。
以下、本発明を実施するための形態を説明するが、本発明は、以下に説明する実施形態に何ら制限されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で実施形態を任意に変更して実施することが可能である。
本実施形態において、薄膜電子デバイスとは、有機ＥＬ素子、有機薄膜太陽電池（有機光電変換素子）、液晶ディスプレイ素子、タッチパネル、電子ペーパ等の基本的に薄板状の電子デバイスである。
本実施形態において、機能膜とは、薄膜電子デバイスにおける主要な構成要素であり、パターン状に形成されることによって、各種機能を発現するものである。その材質から、有機系、無機系および金属系の機能膜に分類される。
有機系の機能膜（「有機層」とも記載する。）とは、薄膜電子デバイスとしての機能の発現に関与している層であって、基本的に有機物から形成されている層である。例えば、有機ＥＬ素子であれば、有機発光層、電子輸送層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子阻止層、電子注入層、正孔注入層等の層が相当する。有機薄膜太陽電池であれば、バルクヘテロジャンクション層、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層等の層が相当する。
無機系の機能膜（「無機層」とも記載する。）とは、薄膜電子デバイスとしての機能の発現に関与している層であって、基本的に無機物から形成されている層である。例えば、封止層、保護層、ガスバリヤ層等として機能する無機化合物からなる層がある。
金属系の機能膜（「金属層」とも記載する。）とは、薄膜電子デバイスとしての機能の発現に関与している層であって、基本的に金属から形成されている層である。例えば、電極層や導電層として機能する金属、合金、金属酸化物などからなる層がある。
本実施形態において、基板は、薄膜電子デバイスの種類によって種々の種類のものが使用される。基板の材料に特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。基板の材料としては大きく、ガラス基板と樹脂基板とに分けられる。ガラス基板のガラスとしては、アルカリガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等が挙げられる。
樹脂基板の樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等が挙げられる。この中でも、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が好ましい。
基板の形態は、枚葉であってもよいし、長尺であってもよい。長尺の基板は、通常ロール状に巻かれている。本実施形態において、ロールツーロール方式を採用すると、連続的に薄膜電子デバイスを製造することが可能であり、生産性を高め、材料利用効率を高めることができる。また、製造装置の長さをコンパクトにすることができる。
以下では、代表的な薄膜電子デバイスである有機ＥＬ素子を例に挙げて説明するが、他の薄膜電子デバイスに対しても同様に適宜適用し得るものである。
［薄膜電子デバイスの製造方法］
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法は、基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスを製造する方法である。本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法は、基板上に機能膜を形成する機能膜形成工程（以下、「機能膜形成工程」と記載することもある。）と、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング工程（以下、「エッチング工程」と記載することもある。）とを有している。
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法は、基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスを製造する方法である。本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法は、基板上に機能膜を形成する機能膜形成工程（以下、「機能膜形成工程」と記載することもある。）と、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング工程（以下、「エッチング工程」と記載することもある。）とを有している。
（機能膜形成工程）
機能膜形成工程では、基板上に機能膜を形成する。この工程は、パターン形成前の工程であり、通常、基板の少なくとも片表面全体にベタで機能膜が形成される。
機能膜形成工程では、基板上に機能膜を形成する。この工程は、パターン形成前の工程であり、通常、基板の少なくとも片表面全体にベタで機能膜が形成される。
機能膜形成工程では、対象とする薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて、種々の種類の機能膜の形成方法が用いられる。機能膜の形成方法は、大きく気相法と液相法とに分けられる。気相法としては、（真空）蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、分子線エピタキシー法などの方法が挙げられるが、（真空）蒸着法が一般的である。また、液相法としては、塗布法、印刷法、インクジェット法などの方法が挙げられる。但し、ドライ環境下で長尺基板を用いて、ロールツーロール方式で連続して加工していく方法が、生産性に優れた製造方法であるため、通常は、気相法によって機能膜は形成される。
機能膜の種類には、薄膜電子デバイスの種類や薄膜電子デバイスを構成する層の種類等に応じて、有機層、無機層および金属層がある。そして、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法は、いずれの種類の機能膜に対しても適用できるものである。
例えば、有機ＥＬ素子が有する機能膜としては、陽極としての金属層、発光層としての有機層（例えば、正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層）、陰極としての金属層、封止層および保護層としての無機層が存在する。
（エッチング工程）
エッチング工程では、基板上の機能膜と該機能膜に対向して配置されるプラズマ発生用電極との間にパターン形成用マスクを設ける。プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加して、プラズマ発生用電極とパターン形成用マスクとの間にプラズマを発生させる。基板の、プラズマ発生用電極とは反対側に配置されるバイアス電極に、プラズマイオンとは逆の極性のバイアス電圧を印加し、パターン形成用マスクを通過したプラズマイオンによって基板上の機能膜をエッチングする。
エッチング工程の詳細は、以下の薄膜電子デバイスの製造装置の中で、エッチング部の装置の説明と合わせて説明する。
エッチング工程では、基板上の機能膜と該機能膜に対向して配置されるプラズマ発生用電極との間にパターン形成用マスクを設ける。プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加して、プラズマ発生用電極とパターン形成用マスクとの間にプラズマを発生させる。基板の、プラズマ発生用電極とは反対側に配置されるバイアス電極に、プラズマイオンとは逆の極性のバイアス電圧を印加し、パターン形成用マスクを通過したプラズマイオンによって基板上の機能膜をエッチングする。
エッチング工程の詳細は、以下の薄膜電子デバイスの製造装置の中で、エッチング部の装置の説明と合わせて説明する。
［薄膜電子デバイスの製造装置］
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置は、基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスの製造装置であって、基板上に機能膜を形成する機能膜形成部と、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング部とを備えている。機能膜形成部は、前記の薄膜電子デバイスの製造方法における機能膜形成工程を行う装置である。また、エッチング部は、前記の薄膜電子デバイスの製造方法におけるエッチング工程を行う装置である。
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置は、基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスの製造装置であって、基板上に機能膜を形成する機能膜形成部と、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング部とを備えている。機能膜形成部は、前記の薄膜電子デバイスの製造方法における機能膜形成工程を行う装置である。また、エッチング部は、前記の薄膜電子デバイスの製造方法におけるエッチング工程を行う装置である。
図１は、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１の模式的断面図である。
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１は、長尺の基板を用いている。薄膜電子デバイスの製造装置１は、巻き出し部、第１機能膜形成部、第１エッチング部、第２機能膜形成部、第２エッチング部、巻き取り部を有しており、それぞれチャンバ２〜チャンバ７に収納されている。すなわち、機能膜形成部とエッチング部とをそれぞれ２つずつ有している。また、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１では、機能膜の形成方法はすべて気相法を用いている。
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１は、長尺の基板を用いている。薄膜電子デバイスの製造装置１は、巻き出し部、第１機能膜形成部、第１エッチング部、第２機能膜形成部、第２エッチング部、巻き取り部を有しており、それぞれチャンバ２〜チャンバ７に収納されている。すなわち、機能膜形成部とエッチング部とをそれぞれ２つずつ有している。また、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１では、機能膜の形成方法はすべて気相法を用いている。
ここで、各チャンバ２〜７は、通常外界から隔離されており、必要に応じて、内部の温度、湿度、圧力を独立して制御できるようにしてある。また、各チャンバ２〜７は、各工程毎に分割して記載されているが、必要に応じて、個々のチャンバ間の仕切りを取り除いて、連続したチャンバとすることもできる。例えば、長尺の基板１２を用いて、チャンバ２の巻き出し部からチャンバ７の巻き取り部に至るまで、ロールツーロール方式で、真空中で連続的に搬送される装置としてもよい。
以下、薄膜電子デバイスの製造装置１を構成する各部について説明する。
以下、薄膜電子デバイスの製造装置１を構成する各部について説明する。
（巻き出し部）
チャンバ２の巻き出し部において、長尺の基板１２がロール状に巻かれてある基板ロール１１から、基板１２が繰り出される。
チャンバ２の巻き出し部において、長尺の基板１２がロール状に巻かれてある基板ロール１１から、基板１２が繰り出される。
（第１機能膜形成部）
チャンバ３の機能膜形成部において、２つのガイドロール１３、１３間で、形成する機能膜の種類に応じて、蒸着装置、スパッタリング装置等の装置を使用して、機能膜が形成される。薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて適宜公知の製膜装置を用いることができる。本実施形態の第１機能膜形成部では、有機層の機能膜が形成される。
チャンバ３の機能膜形成部において、２つのガイドロール１３、１３間で、形成する機能膜の種類に応じて、蒸着装置、スパッタリング装置等の装置を使用して、機能膜が形成される。薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて適宜公知の製膜装置を用いることができる。本実施形態の第１機能膜形成部では、有機層の機能膜が形成される。
有機ＥＬ素子の場合は、チャンバ３の第１機能膜形成部において、蒸着装置によって、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層等の有機層が形成される。
このとき、チャンバ３内の蒸着装置について説明する。チャンバ３内には、基板の巾手方向に均一に伸びたリニアソースと呼ばれる蒸着源１４が複数個設置されている。その蒸着源１４の中には、有機材料が投入されている。それぞれのリニアソースには、ヒーターが設置されており、外部電源より所定量の電力を投入することによって加熱され、有機材料を蒸発させる。また、蒸着法であるので、チャンバ３は密閉されており、通常は減圧されて、真空に保持されている。
（第１エッチング部）
チャンバ４内には、基板１２を搬送するガイドロール１５、無端ベルト状のパターン形成用マスク１７、パターン形成用マスク１７の搬送用ガイドロール１６、プラズマ発生用電極であるシャワープレート１８、シャワープレート１８に高周波電圧を印加するための高周波電源１９、バイアス電圧を印加するためのバイアス電極であるバイアスプレート２０、バイアスプレート２０にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源２１を備えている。その他、図示されていないが、チャンバ４内を所定の圧力に保持するための真空ポンプ、エッチング用ガスを供給するガス供給口等を備えている。
チャンバ４内には、基板１２を搬送するガイドロール１５、無端ベルト状のパターン形成用マスク１７、パターン形成用マスク１７の搬送用ガイドロール１６、プラズマ発生用電極であるシャワープレート１８、シャワープレート１８に高周波電圧を印加するための高周波電源１９、バイアス電圧を印加するためのバイアス電極であるバイアスプレート２０、バイアスプレート２０にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源２１を備えている。その他、図示されていないが、チャンバ４内を所定の圧力に保持するための真空ポンプ、エッチング用ガスを供給するガス供給口等を備えている。
ここで、基板１２上の機能膜は、基板１２上の下側に形成されている。そのため、プラズマ発生用電極であるシャワープレート１８は、基板１２上の機能膜に対向して配置されている。パターン形成用マスク１７は、基板１２とシャワープレート１８との間に配置されている。バイアスプレート２０は、基板１２の、シャワープレート１８とは反対側に配置されている。高周波電源１９は、シャワープレート１８に高周波電圧を印加することができる。電源２１は、バイアスプレート２０にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加することができる。また、チャンバ４の容器自体は、接地されており、０電位である。パターン形成用マスク１７も接地されており、０電位である。
チャンバ４において、所定のパターンが形成されたパターン形成用マスク１７は、基板１２に同期して搬送される。このとき、パターン形成用マスク１７は基板１２に接触することなく、所定の間隙を保ちつつ搬送されることが好ましい。基板１２とパターン形成用マスク１７との間に間隙が存在すると、基板１２へパターン形成用マスク１７からの異物の付着が生じない。また、パターン形成用マスク１７との接触に伴う基板１２上に形成された機能膜の脱落が生じない。そのため、パーティクル等が発生する懸念が少なくなる。
パターン形成用マスク１７は、基板１２上の機能膜を所定の形状にエッチングすることができるような特定のパターンの開口部を有している。パターン形成用マスク１７の材質としては、線熱膨張係数の少ない金属を好ましく用いることができる。例えば、インバーや４２アロイの合金等がある。また、パターン形成用マスク１７の形状は特に限定されず、長尺状であっても、無端のベルト状であっても、枚葉状であってもよい。本実施形態では、無端のベルト状のパターン形成用マスク１７を使用している。
基板１２とパターン形成用マスク１７との間の間隙は、パターン精度の観点から、２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましい。また基板１２とパターン形成用マスク１７との接触防止の観点から、０．１ｍｍ以上が好ましい。
図示されないが、シャワープレート１８の近傍には、ガス供給口が設けられ、シャワープレート１８とパターン形成用マスク１７との間に、エッチング用ガスが供給される。
エッチング用ガスとしては、アルゴン等の希ガス、酸素、水素、フッ素、塩素等のハロゲンガスが選定される。これらの中で、有機膜のエッチングの際に有機膜へのダメージが少ないという観点から、アルゴンや水素が好ましく用いられ、水素がより好ましく用いられる。
エッチング用ガスのガス圧は、特に限定されないが、加工速度等の観点から、０．１〜１０Ｐａが好ましく、０．１〜１Ｐａがより好ましい。
上記のガス環境下で、シャワープレート１８に高周波電源１９から高周波電圧が印加されることによって、エッチング用ガスはプラズマ化され、シャワープレート１８とパターン形成用マスク１７との間にプラズマイオンが生成する。プラズマイオンは、機能膜を分解してエッチングすることが可能である。
ここで、シャワープレート１８に印加する高周波電圧の周波数は、プラズマイオン発生の効率性の観点から、１３ＭＨｚ以上が好ましい。また、大面積での均一性の観点から、２７ＭＨｚ以下が好ましい。
シャワープレート１８とパターン形成用マスク１７との間の間隙は、２０〜３００ｍｍの範囲で、採用するガス圧（真空度）に応じて、選択される。即ち、ガス圧が高くなるほど、間隙は小さくなる。
生成したプラズマイオンは、基板１２に対して同期搬送されるパターン形成用マスク１７が有する特定のパターンの開口部から基板１２側へと漏れ出す。
同時に、基板１２の、シャワープレート１８とは反対側に配置されたバイアスプレート２０に、バイアス電圧が印加される。バイアスプレート２０に、電源２１からプラズマイオンとは逆の極性のバイアス電圧が印加されることによって、パターン形成用マスク１７の開口部から漏れ出したプラズマイオンは基板１２に強く引き寄せられる。基板１２上に形成された機能膜は、このプラズマイオンによってエッチングされる。このことによって、パターン形成用マスク１７と基板１２との間に間隙が存在して、非接触であっても、プラズマイオン拡散に伴うパターンボケの発生が抑制され、高精細なパターン状のエッチングを行うことが可能となる。
プラズマイオンの極性は、使用するエッチング用ガスの種類によって異なる。アルゴン等の希ガスのときはプラスイオンであり、水素のときはプラスイオンであり、ハロゲンガスのときはマイナスイオンである。
バイアスプレート２０に印加されるバイアス電圧は、直流電圧または交流電圧である。直流電圧を印加するときは、使用するエッチング用ガスの種類に応じて、発生するプラズマイオンの極性とは逆の極性の電圧を印加する。交流電圧を印加するときは、セルフバイアスを発生させるためにブロッキングコンデンサを用いる。ブロッキングコンデンサによって電荷がチャージされ、バイアス電圧を常にマイナスにすることが可能となる。そのため、交流電圧を印加するときは、プラスのプラズマイオンを発生するエッチング用ガスを用いる。
バイアスプレート２０に交流電圧を印加するときは、周波数１０ＭＨｚ以下の交流電圧を印加することが好ましい。周波数が１０ＭＨｚを超えるとプラズマイオンの定常的な移動が困難となり、プラズマイオンを引き付ける効果が低下する。そのため、交流電圧の周波数は４ＭＨｚ以下がより好ましく、また１００ＫＨｚ以上がより好ましい。
有機ＥＬ素子の場合、有機層のパターン状のエッチングを行うときには、エッチング用ガスに水素を使用し、プラスのプラズマイオンを発生させ、バイアス電圧としてマイナスの直流電圧を印加するという条件で行うことが好ましい。
チャンバ４において、エッチングを行うときは、機能膜を構成する各層毎に行うことが好ましいが、機能膜が有機層からなる多層構造を有しているときは、一度にエッチングを行うことができる。一度にエッチングを実施した方が、位置調整（アライメント）のズレの影響が減少し、パターン形成の精度が向上する。また例えば、機能膜が有機層と金属層とからなるときは、有機層のエッチングと金属層のエッチングをエッチング用ガスの種類を変えることによって、別途行うことが好ましい。図１に記載の薄膜電子デバイスの製造装置１では、チャンバ３で多層構造の有機層を形成した後にチャンバ４でエッチングを行い、チャンバ５で金属層を形成した後にチャンバ６でエッチングを行っている。適切なエッチング用ガスの種類が各層毎に異なることがあるからである。
（第２機能膜形成部）
第１機能膜形成部と同様に、チャンバ５の第２機能膜形成部において、２つのガイドロール２２、２２間で、形成する機能膜の種類に応じて、蒸着装置、スパッタリング装置等が使用されて、機能膜が形成される。薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて適宜公知の製膜装置を用いることができる。本実施形態の第２機能膜形成部では、金属層の機能膜が形成される。
第１機能膜形成部と同様に、チャンバ５の第２機能膜形成部において、２つのガイドロール２２、２２間で、形成する機能膜の種類に応じて、蒸着装置、スパッタリング装置等が使用されて、機能膜が形成される。薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて適宜公知の製膜装置を用いることができる。本実施形態の第２機能膜形成部では、金属層の機能膜が形成される。
有機ＥＬ素子のときは、チャンバ５の第２機能膜形成部において、蒸着装置によって、アルミニウムや銀等の金属層が形成される。
このとき、チャンバ５内の蒸着装置について説明する。チャンバ５内には、基板の巾手方向に、略等間隔にポイントソースと呼ばれる蒸着源２３が複数個配置されている。その蒸着源２３の中には、アルミニウム等の金属材料が投入されている。それぞれのポイントソースには、ヒーターが設置されており、外部電源より所定量の電力を投入することによって加熱され、金属材料を蒸発させる。また、蒸着法であるので、チャンバ５は密閉されており、通常は減圧されて、真空に保持されている。
（第２エッチング部）
チャンバ６内には、基板１２を搬送するガイドロール２４、無端ベルト状のパターン形成用マスク２６、パターン形成用マスク２６の搬送用ガイドロール２５、プラズマ発生用電極であるシャワープレート２７、シャワープレート２７に高周波電圧を印加するための高周波電源２８、バイアス電圧を印加するためのバイアス電極であるバイアスプレート２９、バイアスプレート２９にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源３０を備えている。その他、図示されていないが、チャンバ６内を所定の圧力に保持するための真空ポンプ、エッチング用ガスを供給するガス供給口等を備えている。
チャンバ６内には、基板１２を搬送するガイドロール２４、無端ベルト状のパターン形成用マスク２６、パターン形成用マスク２６の搬送用ガイドロール２５、プラズマ発生用電極であるシャワープレート２７、シャワープレート２７に高周波電圧を印加するための高周波電源２８、バイアス電圧を印加するためのバイアス電極であるバイアスプレート２９、バイアスプレート２９にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源３０を備えている。その他、図示されていないが、チャンバ６内を所定の圧力に保持するための真空ポンプ、エッチング用ガスを供給するガス供給口等を備えている。
第２エッチング部は、第１エッチング部と同等の装置構成を有している。そのため、第２エッチング部についての説明は、第１エッチング部の場合と同等であるので、共通する部分についての説明は省略する。チャンバ６の第２エッチング部では、チャンバ５の第２機能膜形成部で形成された金属層の機能膜をエッチングする。そのため、金属層のエッチングに適したエッチング用ガスやエッチング条件が採用される。
また、第１エッチング部で形成されたパターンと第２エッチング部で形成されるパターンとがずれることがないように、基板１２の位置調整（アライメント）がなされる。
（巻き取り部）
チャンバ７の巻き取り部において、長尺の基板１２をロール状に巻いて、基板ロール３１とする。パターン状の機能膜が形成された基板１２は、基板ロール３１となって、薄膜電子デバイスの製造装置１から取り出される。
チャンバ７の巻き取り部において、長尺の基板１２をロール状に巻いて、基板ロール３１とする。パターン状の機能膜が形成された基板１２は、基板ロール３１となって、薄膜電子デバイスの製造装置１から取り出される。
［薄膜電子デバイスの製造装置の変形例］
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１では、長尺の基板１２を用いているが、枚葉の基板を用いて、各工程を順次経て、薄膜電子デバイスを製造することができる。
また、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１では、２つの機能膜形成部と２つのエッチング部を有している。しかし、機能膜形成部とエッチング部の数は、対象とする薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて、１つ以上で自由に選択することができる。また、機能膜形成部とエッチング部の順番も必要に応じて、適宜選択して設置することができる。
本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１では、長尺の基板１２を用いているが、枚葉の基板を用いて、各工程を順次経て、薄膜電子デバイスを製造することができる。
また、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１では、２つの機能膜形成部と２つのエッチング部を有している。しかし、機能膜形成部とエッチング部の数は、対象とする薄膜電子デバイスの種類や機能膜の種類に応じて、１つ以上で自由に選択することができる。また、機能膜形成部とエッチング部の順番も必要に応じて、適宜選択して設置することができる。
［エッチング装置］
本実施形態のエッチング装置は、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングする装置である。本実施形態のエッチング装置は、前記した薄膜電子デバイスの製造装置の一部を構成するものである。すなわち、図１に記載の本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１において、チャンバ４の第１エッチング部と、チャンバ６の第２エッチング部は、本実施形態のエッチング装置でもある。そのため、本実施形態のエッチング装置についての説明は、チャンバ４の第１エッチング部、チャンバ６の第２エッチング部と共通するところは省略する。
本実施形態のエッチング装置は、基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングする装置である。本実施形態のエッチング装置は、前記した薄膜電子デバイスの製造装置の一部を構成するものである。すなわち、図１に記載の本実施形態の薄膜電子デバイスの製造装置１において、チャンバ４の第１エッチング部と、チャンバ６の第２エッチング部は、本実施形態のエッチング装置でもある。そのため、本実施形態のエッチング装置についての説明は、チャンバ４の第１エッチング部、チャンバ６の第２エッチング部と共通するところは省略する。
図２は、第１実施形態のエッチング装置の模式的断面図であり、図３は、第２実施形態のエッチング装置の模式的断面図である。図２の第１実施形態のエッチング装置は、前記した薄膜電子デバイスの製造装置１の一部を構成するチャンバ４の第１エッチング部、チャンバ６の第２エッチング部と同等であるので、その説明は省略する。
図３の第２実施形態のエッチング装置では、エッチング装置はチャンバ４Ａに収納され、基板１２は、図２の第１実施形態のガイドロール１５の代わりに、無端状のベルト３２によって搬送されている。チャンバ４Ａにおいて、所定のパターンが形成されたパターン形成用マスク１７が、基板１２に同期して搬送されるところは、図２の第１実施形態のエッチング装置と同等である。
無端状のベルト３２を使用することによって、基板１２をより安定に保持しつつ搬送することができる。また、伝熱性のベルト３２を用いることによって、エッチング時に基板１２の温度上昇を抑制することも可能である。
また、無端状のベルト３２として、金属製のベルト３２を使用するときは、バイアス電圧を印加する電極として、バイアスプレート２０の代わりに、金属製のベルト３２とすることも可能である。
以上説明してきたように、本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法とエッチング装置と薄膜電子デバイスの製造装置では、パターン形成用マスクを用いたプラズマエッチング法を用いて、パーティクルの発生が少なく、素子へのダメージを与えることなく、高精細なパターニング形成をすることが可能である。本実施形態の薄膜電子デバイスの製造方法とエッチング装置と薄膜電子デバイスの製造装置は、機能膜が有機膜である有機ＥＬ素子等においてより有効に適用することができる。
１ 薄膜電子デバイスの製造装置
２、３、４、４Ａ、５、６、７ チャンバ
１２ 基板
１７、２６ パターン形成用マスク
１８、２７ シャワープレート
１９、２８ 高周波電源
２１、３０ 電源
２０、２９ バイアスプレート
３２ ベルト
２、３、４、４Ａ、５、６、７ チャンバ
１２ 基板
１７、２６ パターン形成用マスク
１８、２７ シャワープレート
１９、２８ 高周波電源
２１、３０ 電源
２０、２９ バイアスプレート
３２ ベルト
Claims (7)
- 基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスの製造方法であって、
前記基板上に機能膜を形成する機能膜形成工程と、
前記基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング工程とを有し、
前記エッチング工程において、前記基板上の機能膜と該機能膜に対向して配置されるプラズマ発生用電極との間にパターン形成用マスクを設け、
前記プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加して、前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間にプラズマを発生させ、
前記基板の、前記プラズマ発生用電極とは反対側に配置されるバイアス電極に、プラズマイオンとは逆の極性のバイアス電圧を印加し、
前記パターン形成用マスクを通過したプラズマイオンによって前記基板上の機能膜をエッチングすることを特徴とする薄膜電子デバイスの製造方法。 - 前記パターン形成用マスクと前記基板との間に間隙が存在することを特徴とする請求項１に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
- 前記機能膜が有機膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
- 前記プラズマ発生用電極には１３ＭＨｚ以上の高周波電圧を印加し、前記バイアス電極には直流電圧または周波数１０ＭＨｚ以下の交流電圧を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
- 前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間に水素を存在させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜電子デバイスの製造方法。
- 基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング装置であって、
前記基板上の機能膜に対向して配置されたプラズマ発生用電極と、
前記基板と前記プラズマ発生用電極との間に配置されたパターン形成用マスクと、
前記基板の、前記プラズマ発生用電極とは反対側に配置されたバイアス電極と、
前記プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加するための高周波電源と、
前記バイアス電極にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源とを有し、
前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間、および前記パターン形成用マスクと前記基板との間に、それぞれ間隙が存在することを特徴とするエッチング装置。 - 基板上にパターン状の機能膜を有する薄膜電子デバイスの製造装置であって、
前記基板上に機能膜を形成する機能膜形成部と、
前記基板上の機能膜をプラズマを用いてパターン状にエッチングするエッチング部とを備え、
前記エッチング部が、前記基板上の機能膜に対向して配置されたプラズマ発生用電極と、
前記基板と前記プラズマ発生用電極との間に配置されたパターン形成用マスクと、
前記基板の、前記プラズマ発生用電極とは反対側に配置されたバイアス電極と、
前記プラズマ発生用電極に高周波電圧を印加するための高周波電源と、
前記バイアス電極にプラズマイオンとは逆の極性の電圧を印加するための電源とを有し、
前記プラズマ発生用電極と前記パターン形成用マスクとの間、および前記パターン形成用マスクと前記基板との間に、それぞれ間隙が存在することを特徴とする薄膜電子デバイスの製造装置。
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