JP2010027795A

JP2010027795A - 有機薄膜のエッチング方法

Info

Publication number: JP2010027795A
Application number: JP2008186296A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takei; 日出夫竹井; Satoshi Ikeda; 智池田; Muneyuki Sato; 宗之佐藤; Minoru Suzuki; 実鈴木; Tsutomu Ito; 努伊藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【要約】
【課題】アルミニウムの残渣が残らない有機薄膜のエッチング方法を提供する。
【解決手段】
エッチング室１１の内部雰囲気中に塩素成分とホウ素成分を含有させながら、酸素ガスプラズマを導入し、有機薄膜を酸素ガスプラズマに接触させる。酸素ガスプラズマ中で塩素成分やホウ素成分が活性化し、酸素プラズマによって有機物が酸化され、気体となって除去される際に、酸素プラズマによって生成されたアルミニウム酸化物をホウ素成分によって還元し、生成された金属アルミニウムは塩素成分と反応させて反応生成物を真空排気によって除去する。アルミニウム残渣が残らないエッチングを行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は金属を含有する有機薄膜のエッチング方法に係り、特に、アルミニウムを含有する有機薄膜のエッチング方法に関する。

有機ＥＬ表示装置は、自発光であることから薄型装置が得られ、背面光源を必要とせず、また、高速に表示を書き換えられることから、液晶に代わる表示装置として注目されている。

有機ＥＬ表示装置に用いられる有機薄膜には、様々な材料が試みられているが、それらのうち、蒸着法によって形成される有機薄膜には、Ａｌｑ₃（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（III）錯体：［Tris(8-hydroxyquinoline) aluminium］）が本命視されている。

有機薄膜は酸素ガスプラズマによってエッチングされ、所望の平面形状にパターニングすることができるが、Ａｌｑ₃は化学構造中にアルミニウム原子を有するため、有機薄膜中の炭素成分や水素成分は燃焼によってガス化し、除去されても、アルミニウムが残渣として残ってしまい、ドライエッチングできないという問題がある。

有機薄膜のエッチングは、例えば下記文献に記載されている。
２００８−５３１３７号公報

本発明は、アルミニウム等の金属残渣が残らない有機薄膜のエッチング技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、金属を含有する有機薄膜が露出されたエッチング対象物をエッチングするエッチング方法であって、前記エッチング対象物をエッチング室内に配置し、前記エッチング対象物を酸素ガスプラズマに接触させ、前記有機薄膜をエッチングするエッチング方法であって、前記エッチング室内の雰囲気にホウ素と塩素を含有させるエッチング方法である。
また、本発明は、前記エッチング室内にホウ素を含有する固体のホウ素成分源を配置し、前記ホウ素成分源から前記エッチング室内にホウ素を放出させるエッチング方法である。
また、本発明は、前記エッチング室内に塩素を含有する固体の塩素成分源を配置し、前記塩素成分源から前記エッチング室内に塩素を放出させるエッチング方法である。
また、本発明は、ホウ素を含有する第一のエッチングガスと、塩素を含有する第二のエッチングガスを前記エッチング室内に導入するエッチング方法である。
また、本発明は、前記エッチング室の外部から、前記エッチング室内に酸素ガスプラズマを導入するエッチング方法である。
また、本発明は、前記金属はアルミニウムである請求項１乃至請求項５のいずれかエッチング方法である。

金属酸化物がホウ素で還元され、生成された金属が塩素と反応して気体となって除去されるので、残渣が残らない。

図２(ａ)の符号２３は、本発明のエッチング対象物を示している。
このエッチング対象物２３は、ガラス基板等の基板３１と、基板３１上に配置された有機薄膜３２と、有機薄膜３２上に配置された保護膜３３とを有している。
保護膜３３はパターニングされ、開口３５が形成されており、開口３５の底面には、有機薄膜３２の表面が露出されている。

有機薄膜３２は、Ａｌｑ₃を母材材料とし、母材材料中に発光物質が含有された有機層や、電荷輸送物質などが含有された有機層等が積層されて構成されており、開口３５底面には、有機薄膜３２の表面が露出されている。保護膜３３は、ＳｉＯ₂やＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の無機膜によって構成されている。

図１の符号１０は、Ａｌが含有された有機薄膜３２をエッチングするエッチング装置である。
このエッチング装置１０は、真空槽から成るエッチング室１１を有しており、エッチング室１１の底面には、バイアス電極１２が配置されている。
バイアス電極１２上には、ピン４１が立設されており、ピン４１の上端には、板状の塩化ビニールから成る塩素成分源２１が配置されている。

塩素成分源２１の上には、板状のホウケイ酸ガラス(シリカ(ＳｉＯ₂)とソーダ(Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏ)にホウ酸(Ｂ₂Ｏ₃)を含有するガラス)から成るホウ素成分源２２が配置されており、ホウ素成分源２２の上に、エッチング対象物２３が配置されている。

エッチング室１１には、真空排気系４４が接続されており、エッチング室１１の上部には、プラズマ生成装置１５が設けられている。ここでは、プラズマ生成装置１５はエッチング室１１の天井を構成しているが、エッチング室１１とは離間した位置に設けてもよい。

プラズマ生成装置１５には、酸素ガス供給系が接続されており、エッチング室１１の内部を真空排気系４４によって真空排気した後、酸素ガス供給源１８からプラズマ生成装置１５に酸素ガスを供給しながら、プラズマ生成電源４３により、プラズマ生成装置１５の内部に配置された電極４５に電圧を印加すると、プラズマ生成装置１５の内部で酸素ガスプラズマが発生する。

エッチング室１１の外部にはバイアス電源４２が配置されており、バイアス電源４２を起動して、バイアス電極１２に１３．５６ＭＨｚの交流電圧を印加しながら、エッチング室１１とプラズマ生成装置１５とを接続する開口１９から、エッチング室１１の内部に酸素ガスプラズマを導入する。

エッチング対象物２３は、開口３５が形成された保護膜３３を酸素ガスプラズマの導入口に向けて配置されており、エッチング室１１内に導入された酸素ガスプラズマはエッチング対象物２３に照射され、開口３５底面に露出する有機薄膜３２が酸素ガスプラズマに曝される。

有機薄膜３２中の炭素成分や水素成分は酸素ガスプラズマと反応し、二酸化炭素や水分等の気体となって、エッチング対象物２３の表面からエッチング室１１の内部に遊離し、未反応の酸素ガスと共に真空排気系４４によってエッチング室１１の外部に排出される。
ホウ素成分源２２の大きさはエッチング対象物２３よりも大きく形成されており、塩素成分源２１の大きさは、ホウ素成分源２２よりも大きく形成されている。

従って、エッチング室１１の内部には、エッチング対象物２３の表面の他にホウ素成分源２２の表面と塩素成分源２１の表面も露出されており、エッチング室１１内に導入された酸素ガスプラズマが塩素成分源２１とホウ素成分源２２の表面に接触すると、塩素成分源２１とホウ素成分源２２の表面が気化し、塩素成分源２１から化学構造中に塩素原子を含む塩素成分ガスが微少量放出され、ホウ素成分源２２から化学構造中にホウ素原子を含むホウ素成分ガスが微少量放出される。

Ａｌｑ₃が酸素ガスに曝されると、炭素成分や水素成分の反応生成物は気体となってエッチング室１１の内部に遊離し、真空排気によって除去されるのに対し、Ａｌは酸化し、固体のアルミニウム酸化物(Ａｌ₂Ｏ₃)が生成される。

エッチング室１１の内部雰囲気に含有される微少量の塩素成分ガスやホウ素成分ガスは酸素ガスプラズマと接触すると活性化し、活性化されたホウ素成分がアルミニウム酸化物と反応すると、アルミニウム酸化物は還元され、金属アルミニウムが生成される。
生成された金属アルミニウムは活性化された塩素成分と反応すると、気体の塩化アルミニウムガスが生成され、真空排気によって除去される。

図２(ｂ)はエッチング後のエッチング対象物２３の断面図を示しており、有機薄膜３２の開口３５底面に位置する部分はエッチングによって除去される。他方、保護膜３３は無機膜であるから、酸素ガスプラズマやホウ素、塩素によってエッチングされず、有機薄膜３２の表面に残っている。
図５は、エッチング前の有機薄膜３２の表面電子顕微鏡写真、図６はエッチング開始から６０秒経過したときの有機薄膜３２の表面電子顕微鏡写真である。

下記表１はエッチング条件であり、「ＨＤＰ電力」は、酸素プラズマの生成に投入した電力である（HDP：High DensityPlasma）。

３０秒ではＡｌ残渣が観察されるが、６０秒の処理で消滅していることが分かる。
下記表２に、エッチング条件とエッチング結果を示す。

有機薄膜と保護膜(ここではＳｉＮ膜)との選択比は８．５以上確保できている。

図３は、酸素プラズマの生成に投入した電力と、エッチング速度の関係を示すグラフであり、図４は、エッチング雰囲気の圧力とエッチング速度の関係を示すグラフである。投入電力は大きい方がエッチング速度は速いが、圧力については、５Ｐａ付近に最適値がある。
なお、上記実施例では、有機薄膜３２の表面が部分的に露出され、露出された部分を選択的に除去するエッチング方法について説明したが、有機薄膜３２の全表面が露出され、有機薄膜３２を全部除去するエッチング(いわゆるアッシング)方法も、本発明のエッチング方法に含まれる。

上記例では塩素成分源上に、ホウ素成分源とエッチング対象物をこの順序で配置したが、配置方法はそれに限定されるものではなく、塩素成分源とホウ素成分源の上下を変更してもよいし、エッチング対象物の側方に塩素成分源とホウ素成分源を配置してもよい。要するに、塩素成分源とホウ素成分源は、その表面が露出し、プラズマに曝されればよい。

上記例では固体の塩素成分源と固体のホウ素成分源を用いたが、真空槽中に、塩素を化学構造に含むガス（ＣＣｌ₄ガスやＣｌ₂ガス等)を導入して真空雰囲気中に塩素を含有させてもよいし、また、真空槽中に、ＢＣｌ₂ガスを導入し、ホウ素を含有させもよい。ＢＣｌ₂の場合、一種類のガスで塩素成分とホウ素成分を含有させることができる。これらのガスは、希ガス等で希釈して導入することができる。

有機薄膜３２を部分的に露出させる保護膜３３は、ＳｉＯ₂等のシリコン酸化物や窒化物、酸窒化物等のシリコン化合物に限定されるものではなく、酸素ガスプラズマによって浸食されない材料であればよい。

上記実施例では、化学構造中にアルミニウムを含有する有機化合物をエッチングする場合について説明したが、酸化物がホウ素成分で還元され、塩素成分と反応して気体となって除去される金属であれば、アルミニウムに限定されるものではない。

本発明に用いることができるエッチング装置の一例 (ａ)、(ｂ)：本発明によってエッチングを行うエッチング対象物プラズマ生成電力とエッチング速度の関係を示すグラフエッチング圧力とエッチング速度の関係を示すグラフエッチング前の有機薄膜の表面電子顕微鏡写真エッチング開始から６０秒経過したときの有機薄膜の表面電子顕微鏡写真

符号の説明

３２……有機薄膜
２３……エッチング対象物
２１……塩素成分源
２２……ホウ素成分源

Claims

金属を含有する有機薄膜が露出されたエッチング対象物をエッチングするエッチング方法であって、
前記エッチング対象物をエッチング室内に配置し、前記エッチング対象物を酸素ガスプラズマに接触させ、前記有機薄膜をエッチングするエッチング方法であって、
前記エッチング室内の雰囲気にホウ素と塩素を含有させるエッチング方法。
前記エッチング室内にホウ素を含有する固体のホウ素成分源を配置し、前記ホウ素成分源から前記エッチング室内にホウ素を放出させる請求項１記載のエッチング方法。
前記エッチング室内に塩素を含有する固体の塩素成分源を配置し、前記塩素成分源から前記エッチング室内に塩素を放出させる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のエッチング方法。
ホウ素を含有する第一のエッチングガスと、塩素を含有する第二のエッチングガスを前記エッチング室内に導入する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のエッチング方法。
前記エッチング室の外部から、前記エッチング室内に酸素ガスプラズマを導入する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のエッチング方法。
前記金属はアルミニウムである請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のエッチング方法。