JP2006002243A - マスク、マスクの製造方法、成膜方法、電子デバイス、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な回路配線パターンをマスク成膜により形成することができるマスク、マスクの製造方法等を提供する。
【解決手段】 マスク基材１１に開口したパターン開口部１２に対応させて、気相成長法により被成膜基板上に薄膜のパターンを形成させるマスク１０において、パターン開口部１２内に、マスク基材１１における被成膜基板対向面１１ａから離間しつつ、パターン開口部１２の側壁１３同士を連結する梁１４を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気相成長法等により、基板上に任意の配線パターンを形成するためのマスク等に関する。

従来から、フォトリソグラフ技術とドライ及びウエットエッチング技術とを用いて、基板上に電気配線を形成する技術が使用されている。ところが、フォトリソグラフ処理とエッチング処理を行うためには、非常に高価な設備が必要であり、また複数の処理工程の管理コストや歩留まり等の影響から、製品コスト上昇の要因となる。更に、大量のレジスト、現像液、レジスト剥離液、エッチング液（ガス）を消費するため、地球環境への異郷も懸念される。また、基板が平坦でなく、穴や溝などが形成されている場合には、レジストの被膜が困難になり、高精度なパターンを形成することができない。
このため、特開平４−２３６７５８号公報に開示されるように、シリコンウエハや金属箔等にパターンが形成されたマスクを基板に密着させて、気相成長法により成膜することにより、基板上に任意の配線パターンを形成する技術が提案されている。この技術は、湿度や酸素等により劣化してしまう材料が多く用いられる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の製造において、非常に有効な技術である。
特開平４−２３６７５８号公報

しかしながら、上述した技術では、マスクのパターンが矩形や円形等の単純な形状に限られ、例えば、配線パターンのような複雑な形状を形成することが困難である。特に、枠状の配線パターン内に更に配線パターンを形成することができないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複雑な回路配線パターンをマスク成膜により形成することができるマスク、マスクの製造方法等を提供することを目的とする。

本発明に係るマスク、マスクの製造方法、成膜方法、電子デバイス、及び電子機器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、マスクが、開口部と、開口部に挟まれた領域と開口部に挟まれた領域以外の領域とをつなぐ梁部と、を有するようにした。
この発明によれば、梁により開口部に挟まれた領域と開口部に挟まれた領域以外の領域複雑な形状の開口部を形成することができる。例えば、所謂、閉じたパターンを形成することが可能となる。そして、被成膜基板上に、分断することなく連続した形状の薄膜パターンを形成することができる。
また、マスク基材の板厚をパターン開口部の厚さより薄くする事により、より斜めから入射する薄膜形成粒子も被成膜基板に付着させる事ができるため、パターン開口部がより微細になっても、対応できるマスクが形成できる。

また、梁部が、梁部以外の領域と比べて薄く形成されているものでは、より斜めから入射する薄膜形成粒子も被成膜基板に付着させる事ができる。
また、マスク基材がシリコンからなるものでは、梁を含むパターン開口部を確実に形成することができる。

第２の発明は、基板上に薄膜のパターンを形成させるマスクの製造方法において、マスクに開口部が形成される開口形成領域のうち、開口形成領域を複数に分割する梁部形成領域を除く領域に対してエッチング処理を施す第１工程と、開口形成領域の全てに対して第１工程と同一方向からエッチング処理を施す第２工程と、を有するようにした。
この発明によれば、パターン開口部内に、マスク基材の表面から所定の距離で離間しつつ、パターン開口部の側壁同士を連結する梁を有するマスクを確実に製造することができる。

また、第１工程及び第２工程とは異なる方向から、マスク基材に対してエッチング処理を施して、マスク基材にパターン開口部を通設させる第３工程を更に有するものでは、マスクの厚みや強度を適切に調整することができる。
また、マスク基材がシリコン基板からなり、第１工程及び第２工程におけるエッチング処理が異方性エッチング処理であるものでは、梁を含むパターン開口部を確実に形成することができる。

第３の発明は、基板上に薄膜のパターンを形成する成膜方法であって、開口部と、開口部に挟まれた領域と開口部に挟まれた領域以外の領域とをつなぐ梁部と、を有するマスクを介して膜を形成するようにした。
この発明によれば、被成膜基板上に複雑な形状の薄膜のパターンを形成することができる。また、途切れのない連続した薄膜のパターンを形成することができる。

また、薄膜が金属膜であるものでは、断線のない金属配線を得ることができる。
また、金属膜が複数の金属を積層させて形成されるものでは、金属配線の抵抗値を抑え、良好な電気的導通を確保することができる。
また、マスクがマスク基材上に成膜された薄膜を剥離することにより、繰り返し使用されるものでは、薄膜の形成を安価に製造することが可能となる。

第４の発明は、電子デバイスが、第３の発明の成膜方法により形成された金属配線パターンを備えるようにした。この発明によれば、安価な方法で、断線のない複雑な形状の金属配線が用いられるので、高性能で安価な電子デバイスを得ることができる。

第５の発明は、電子機器が、第４の発明の電子デバイスを備えるようにした。この発明によれば、高性能な電気機器を得ることができる。

以下、本発明のマスク、マスクの製造方法、成膜方法、電子デバイス、及び電子機器の実施形態について図を参照して説明する。
［マスク］
図１は、蒸着法、スパッター法、ＣＶＤ法等により、被成膜基板上に薄膜のパターンを形成させるために用いられるマスク１０を示す斜視一部断面図である。
マスク１０は、シリコンにより形成されたマスク基材１１に、複数のパターン開口部１２を形成したものである。パターン開口部１２の形状としては、例えば、約１０μｍの幅を有するライン状に形成される。このパターン開口部１２を介して、被成膜基板上に金属材料を積層させることにより、約１０μｍの幅の電気配線等のパターンを形成することができる。
パターン開口部１２の形状としては、ライン状に限らず、円形、矩形等であってよい。

そして、各パターン開口部１２内には、パターン開口部１２の側壁１３同士を連結する梁１４が複数設けられる。梁１４は、マスク基材１１における被成膜基板対向面（以下、表面１１ａという）から離間した位置に設けられる。表面１１ａからの距離は、少なくとも５μｍ以上である。このように、パターン開口部１２の側壁１３に梁１４が複数設けられるので、マスク基材１１に閉じた形状のパターン開口部１２を形成することが可能である。つまり、例えば島のように浮いた部位を複数の梁１４で支えることにより、ドーナッツ形のパターン開口部１２を設けることができる。具体的には、図１におけるマスク基材１１の部位１１ｃは、複数の梁１４を介してマスク基材１１の部位１１ｄに連結される。したがって、部位１１ｃはマスク基材１１から脱落することなく、一体的となってマスク１０を構成する。なお、梁１４の数等は、その強度等に応じて任意に設定可能である。

梁１４を表面１１ａから離間した位置に設けるのは、マスク１０を用いて被成膜基板上に金属配線等を形成する場合に、形成される金属配線が分断されずに連続して形成されるようにするためである。つまり、梁１４を表面１１ａから離間させることにより、金属配線用材料等が梁１４の周囲に回り込んで、被成膜基板上に付着するようにしている。なお、金属配線の形成工程については、後述する。
マスク基材１１の材料としては、金属、ガラス、プラスチック等が挙げられるが、シリコン板（シリコンウエハ等）を用いることが好ましい。後述する製造方法により、梁１４を容易に形成することができるからである。なお、マスク基材１１の形状は、任意であるが、その厚みは、数百μｍ程度が好ましい。

［マスクの製造方法］
次に、上述したマスク１０の製造方法について説明する。図２は、マスク１０の製造工程を示す図である。
まず、マスク基材１１の全面に耐ドライエッチングマスク材にすべき酸化膜（ＳｉＯ_２膜）２１を成膜する。具体的には、１０５０℃の水蒸気中にマスク基材１１を放置するスチーム熱酸化法を用いて酸化膜２１を成膜する。成膜される膜の材料としては、後述する異方性エッチング処理に対してマスクの役目を果たす材料であればよいので、例えば窒化シリコン、炭化シリコン、アルミニウム、クロム等であってもよし、また、その成膜方法としては、蒸着法、スパッター法、メッキ法、ＣＶＤ等であってもよい。
そして、フォトリソグラフ技術を用いて、図２（ａ）に示すように、マスク基材１１の表面に形成された酸化膜２１から、形成すべきパターン開口部１２に対応する領域を取り除く。つまり、酸化膜が取り除かれてマスク基材１１の表面１１ａが露出した領域（開口形成領域１２ａ）がパターン開口部１２となる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、マスク基材１１上にレジストを塗布し、フォトリソグラフ技術を用いてマスク基材１１の表面１１ａに塗布されたレジスト２２から、梁１４が含まれたパターン開口部１２に対応する領域を取り除く。つまり、前工程において露出させたパターン開口部１２の形成領域のうち、梁１４を形成する領域（梁形成領域１４ａ）にレジストを配置する。これにより、パターン開口部１２の形成領域（開口形成領域１２ａ）が複数に分割（分断）されたように、露出する。
次いで、マスク基材１１に対して異方性エッチング処理を施す。異方性エッチング処理は、特定の方向、ここでは、マスク基材１１の表面１１ａに対して略直交する方向にエッチングを進行させる処理である。そして、図２（ｃ）に示すように、所定の深さまで均一にシリコンを取り除く。つまり、パターン開口部１２が形成される領域のうち、梁１４が存在しない領域（開口形成領域１２ａから梁形成領域１４ａを除いた領域）のシリコンが取り除かれる。

次に、図２（ｄ）に示すように、マスク基材１１上に塗布したレジストを酸素プラズマ等を用いて剥離する。
そして、レジストを剥離したマスク基材１１に対して、再度、異方性エッチング処理を施す。これにより、前工程のエッチング処理によりシリコンが取り除かれた領域は、更に深く、均一にシリコンが取り除かれる。また、レジストが剥離された領域のうち、酸化膜２１の存在しない領域も同様に均一にシリコンが取り除かれる。このようにして、図２（ｅ）に示すように、マスク基材１１に２段階の凹凸が形成される。
なお、この工程において新たにシリコンが取り除かれた領域は、梁１４が形成される領域（梁形成領域１４ａ）であり、マスク基材１１の表面１１ａから所定の深さまで、取り除かれる。つまり、異方性エッチング処理により取り除いた深さが、表面１１ａから梁１４までの距離になる。この深さは、上述したように、少なくとも約５μｍ以上であることが望ましい。

次に、マスク基材１１上に形成された酸化膜２１を一旦剥離し、再度、図２（ｆ）に示すように、マスク基材１１の全面に酸化膜２３を形成する。
そして、フォトリソグラフ技術を用いて、図２（ｇ）に示すように、マスク基材１１の裏面１１ｂに形成された酸化膜２３のうち、マスク基材１１の外周領域を除く領域を取り除く。言い換えれば、マスク基材１１の中央部を露出させる。

そして、図２（ｈ）に示すように、マスク基材１１に対してウエットエッチング処理等を施し、マスク基材１１の外周領域を除く領域のシリコンを所定の深さまで、均一に取り除く。ウエットエッチング処理に限らず、異方性エッチング処理（ドライエッチング処理）であってもよい。
そして、最後に、マスク基材１１上に形成された酸化膜２３を剥離することにより、図２（ｊ）に示すように、マスク基材１１に複数の開口部が形成される。マスク基材１１に形成された開口部のうち、表面１１ａ側の開口部分（開口形成領域１２ａ）がパターン開口部１２であり、表面１１ａから所定の距離だけ離間した部位（梁形成領域１４ａ）が梁１４である。
このように、マスク基材１１の表面１１ａ側から複数回のエッチング処理を施すことにより、梁１４を有するパターン開口部１２を形成することができる。なお、マスク基材１１の裏面１１ｂ側からエッチング処理を施すのは、マスク１０の厚みを必要最小限に抑えるためであり、マスク基材１１の外周部を厚くするのは、マスク１０の剛性を確保するためである。

［成膜方法］
次に、上述したマスク１０を用いて、被成膜基板５０に金属配線５２等のパターンを成膜する方法について述べる。
図３はマスク１０を用いた成膜方法を示す図であり、図４は成膜方法により得られた金属配線５２のパターンを示す図である。
マスク１０は、蒸着法、スパッター法等の物理気相成長法やＣＶＤ法等の化学物理気相成長法により、被成膜基板５０に金属配線５２等のパターンを形成する際に用いられる。具体的には、被成膜基板５０にマスク１０の表面１１ａが密着するように貼り付ける。そして、物理気相成長法や化学物理気相成長法により、被成膜基板５０上に所定の材料の薄膜を形成する。ここで、図３に示すように、薄膜を形成する際に、薄膜材料はマスク１０のパターン開口部１２を通過して、被成膜基板５０上に到達し、堆積する。このとき、薄膜材料は、梁１４をまわりこみ、被成膜基板５０上のパターン開口部１２に対応（露出）する領域の全面に到達し、堆積する。つまり、梁１４を表面１１ａから離間させた位置に配置したので、梁１４の存在に影響されずに、金属配線５２のパターンを形成することができるので、断線のない金属配線５２のパターンを得ることができる。
したがって、図４に示すように、従来のマスクでは形成することができなかった、閉じた形状等の金属配線５２のパターンを良好に形成することができる。
なお、薄膜材料が梁１４をまわりこみ、被成膜基板５０上に良好に到達し、堆積するためには、上述したように、梁１４をマスク１０の表面１１ａから少なくとも約５μｍ以上離間させる必要がある。梁１４とマスク１０の表面１１ａとの距離が近いと、梁１４をまわりこむ薄膜材料が少なくなり、被成膜基板５０上に形成される金属配線５２等のパターンが薄くなって、抵抗値増大、又は断線等の原因となってしまうからである。
また、被成膜基板５０上に形成する薄膜のパターンとして金属配線５２を形成する場合には、複数の金属材料を積層させることが好ましい。例えば、アルミニウムを成膜した後に、ジンケート処理を行い、無電解ニッケルメッキを行った後に、更に無電解禁メッキを行うことにより、高価な金の使用量を削減しつつ、低抵抗な金属配線５２を形成することができる。
なお、薄膜のパターンの形成に用いられたマスク１０は、裏面１１ｂ側に積層された薄膜を剥離することにより、繰り返し使用することができる。マスク１０を繰り返し使用することにより、金属配線５２等を更に低コストに形成することが可能となる。

［有機ＥＬデバイス］
図５は、有機ＥＬデバイス１００の側面断面図である。
有機ＥＬデバイス１００は、陽極である画素電極１３０と陰極１８０との間にマトリクス状に配置された複数の画素領域を配置して構成されるものであって、画素領域として、有機材料からなる発光層１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂが用いられることが特徴である。
ガラス材料等からなる基板１１０の表面には、各画素領域（発光層１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂ）を駆動する回路部１２０が形成される。なお、図５では、回路部１２０の詳細構成の図示を省略しているが、この回路部１２０における電気配線が上述した成膜方法により形成されている。
回路部１２０の表面には、ＩＴＯ等からなる複数の画素電極１３０が、各画素領域に対応してマトリクス状に形成される。
そして、陽極として機能する画素電極１３０を覆うように、銅フタロシアニン膜からなる正孔注入層１４０が設けられる。更に、正孔注入層１４０の表面に、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタリル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニル−ベンジデン）等からなる正孔輸送層１５０が設けられる。

そして、正孔輸送層１５０の表面には、各画素領域に対応する発光層１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂがマトリクス状に形成されている。この発光層１６０としては、例えば、分子量が約１０００以下の低分子有機材料が用いられる。具体的には、Ａｌｑ３（アルミニウム錯体）等をホスト材料とし、ルブレン等をドーパントとして、発光層１６０が構成されている。
また、各発光層１６０を覆うように、フッ化リチウム等からなる電子注入層１７０が形成され、さらに電子注入層１７０の表面には、Ａｌ等からなる陰極１８０が形成されている。なお、基板１１０の端部に封止基板（不図示）が貼り合わされて、全体が密閉封止されている。
そして、上述した画素電極１３０と陰極１８０との間に電圧を印加すると、正孔注入層１４０により発光層１６０に対して正孔が注入され、電子注入層１７０により発光層１６０に対して電子が注入される。そして、発光層１６０において正孔および電子が再結合し、ドーパントが励起されて発光する。このように有機材料からなる発光層１６０を備えた有機ＥＬデバイス１００は、寿命が長く発光効率に優れるという特徴がある。

［電子機器］
図６は、本発明の電子機器の実施の形態を示す図である。携帯電話（電子機器）２００は、低分子有機ＥＬデバイス１００からなる表示部２０１を備えている。他の応用例としては、腕時計型電子機器において表示部として低分子有機ＥＬデバイス１００を備える場合や、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置において表示部として低分子有機ＥＬデバイス１００を備える場合等がある。
このように、携帯電話２００は、低分子有機ＥＬデバイス１００を表示部２０１として備えているので、表示コントラストが高く、品質に優れた表示を実現することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

マスク１０を示す斜視一部断面図である。 マスク１０の製造工程を示す図である。 マスク１０を用いた成膜方法を示す図である。 金属配線５２のパターンを示す図である。 有機ＥＬデバイス１００の側面断面図である。 電子機器の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１１…マスク基材、 １１ａ…表面（被成膜基板対向面）、 １２…パターン開口部、 １２ａ…開口形成領域、 １３…側壁、 １４…梁、 １４ａ…梁形成領域、 ５０…被成膜基板、 ５２…金属配線（薄膜）、 １００…有機ＥＬデバイス（電子デバイス）、 ２００…携帯電話（電子機器）、 ２０１…表示部

Claims (12)

1. 開口部と、前記開口部に挟まれた領域と前記開口部に挟まれた領域以外の領域とをつなぐ梁部と、を有することを特徴とするマスク。
2. 前記梁部は、前記梁部以外の領域と比べて薄く形成されていることを特徴とする請求項１記載のマスク。
3. 前記マスクは、シリコンからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマスク。
4. 基板上に薄膜のパターンを形成させるマスクの製造方法において、
   前記マスクに開口部が形成される開口形成領域のうち、前記開口形成領域を複数に分割する梁部形成領域を除く領域に対してエッチング処理を施す第１工程と、
   前記開口形成領域の全てに対して前記第１工程と同一方向からエッチング処理を施す第２工程と、
   を有することを特徴とするマスクの製造方法。
5. 前記第１工程及び前記第２工程とは異なる方向から、前記マスクに対してエッチング処理を施して、前記マスクに前記開口部を通設させる第３工程を更に有することを特徴とする請求項４に記載のマスクの製造方法。
6. 前記マスクは、シリコン基板からなり、前記第１工程及び前記第２工程におけるエッチング処理は、異方性エッチング処理であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のマスクの製造方法。
7. 基板上に薄膜のパターンを形成する成膜方法であって、
   開口部と、前記開口部に挟まれた領域と前記開口部に挟まれた領域以外の領域とをつなぐ梁部と、を有するマスクを介して膜を形成することを特徴とする成膜方法。
8. 前記薄膜は、金属膜であることを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
9. 前記金属膜は、複数種の金属を積層させて形成されることを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
10. 前記マスクは、前記マスク上に成膜された薄膜を剥離することにより、繰り返し使用されることを特徴とする請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載の成膜方法。
11. 請求項７から請求項１０のうちいずれか一項に記載の成膜方法により形成された金属配線パターンを備えることを特徴とする電子デバイス。
12. 請求項１１に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
    
    
    
    

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