(57)【要約】【課題】  リフトオフを用いて、光学多層膜からなる構造体をさらに精度良く形成する製造方法を提供する。【解決手段】  基板２１の上に形成されたリフトオフ用のマスク層３１に重ねて、光学多層膜４１Ｇを形成し、マスク層３１により形成された段差部分５０にクラック５２を導入する。このクラック５２を用いて、エッチャントを導入してマスク層３１と、それと共に光学多層膜４１Ｇの不要な部分を確実に除去する。この製造方法であれば、マスク層３１を薄くできるので、その近傍まで所定の光学性能を備えた光学多層膜を成膜でき、明るく鮮明なカラー画像を表現できるカラーフィルタを製造できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層の上に形成されたリフトオフ用のマスク層に重ねて、薄膜構造体の少なくとも一部を構成する構造用薄膜を形成する工程と、
前記マスク層に沿って形成された前記構造用薄膜の段差部分にクラックを導入するクラック導入工程と、
エッチングにより前記マスク層を除去するマスク除去工程とを有する、薄膜構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記クラック導入工程では、前記下地層の線膨張係数が前記マスク層より小さい場合には、急速冷却し、前記下地層の線膨張係数が前記マスク層より大きい場合には、急速加熱し、前記クラックを導入する、薄膜構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記クラック導入工程の前に、前記段差部分の表面に凹みまたは溝を形成する前処理工程をさらに有する、薄膜構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記前処理工程では、前記凹みまたは溝を機械的な掘削加工処理あるいは機械的な切断加工処理、または電子ビームエッチング処理あるいは電子ビーム描画処理により形成する、薄膜構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記薄膜構造体は、光学多層膜である、薄膜構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、前記薄膜構造体は、カラーフィルタである、薄膜構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフトオフを用いて製造される薄膜構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ用の液晶パネルのカラーフィルタなどの光学部品、各種機能のセンサなどは、光学多層膜により構成された微細なパターンあるいはマトリクスなどと称される薄膜構造体を備えたものが多い。光学多層膜のパターンにより、吸収による損失あるいは発熱を抑制したり、シャープな波長分離を行うなどの優れた光学的機能を得るためには、精度の高い微細構造を形成する必要がある。
【０００３】
薄膜により微細なパターンを加工（製造）する方法は、フォトエッチング法、マスク法およびリフトオフ（リバースエッチング）法の３つに大別される。これらの内、フォトエッチング法は、微細なパターンを形成するのに広く使われており、その一例が特許文献１に開示されている。しかしながら、光学多層膜は、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などのエッチングに対して強固な酸化物で構成されており、数μｍの厚さの多層膜をエッチングするのに時間がかかり、精度も高くない。したがって、光学多層膜の加工という点では、実用的な生産をこの方法で行うことは、現在の技術では難しい。
【０００４】
マスク法は、最も簡単な製造方法であり、基板などの下地層の上に、薄い金属板のマスクをセットし、そのマスクを介して光学多層膜を成膜するだけで良い。しかしながら、マスクと基板との隙間および、マスク自身の厚さによる「ケラレ」と称される影響により、多層膜により構成されるパターンの境界がぼやけてしまう問題がある。したがって、微細なパターンを精度良く製造する用途には不向きである。
【０００５】
リフトオフ法は、厚さが数μｍから数十μｍの薄膜から成るパターンを製造するのに適している。その一例が特許文献２に開示されている。リフトオフ法では、最初に、下地層である基板に、マスク層あるいは犠牲層となる有機系のレジスト膜を単独で、あるいはエッチングおよび剥離可能な金属膜の上に重ねて成膜する。次に、光学多層膜を成膜したい部分に当たるレジスト膜をフォトリソ（フォトリソグラフィ）加工によりくり抜き、光学多層膜のマスクパターンを形成する。レジスト膜を下地の金属膜に重ねて成膜した場合は、下地の金属膜をエッチングすることによりレジスト膜が所望のパターンを描くようにくり抜くことができる。このレジスト膜からなるマスクパターン（マスク層）の上から光学多層膜を成膜する。そして、マスク層を除去することにより、光学多層膜の内、除去したい部分（光学多層膜として不要な部分）をマスク層ごと剥離することができる。
【０００６】
リフトオフ法でも、光学多層膜の除去したい部分をマスク層ごと剥離する工程では、エッチング液を用いる。したがって、光学多層膜をエッチングする必要があり、そのために時間を費やすことには変わりない。しかしながら、リフトオフ法では、マスク層との段差によりマスク層上では光学多層膜が途切れたり、マスク層との境界の段差形状の部分が薄くなるので、エッチングは容易になる。
【特許文献１】特開平９−１９７３９２号公報
【特許文献２】特表平８−５０８１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リフトオフ法でよりシャープなパターンを製造するにはマスク層を薄くし、マスク層との境界近傍の形状変化を少なくして、マスク層との境界をシャープに形成する必要がある。マスク層との境界をシャープに形成することにより、例えば、マルチカラー画像用のカラーフィルタを形成する場合に、隣接する各異なる色用の光学多層膜との境界が明確になり、各々の画素がシャープに表現される。
【０００８】
しかしながら、マスク層を薄くすると、マスク層の上を含めて一様に光学多層膜が形成される。したがって、マスク層の上も含めて連続して光学多層膜が形成されるので、マスク層をエッチングで除去することが難しくなる。また、マスク層との境界部分の段差が小さく、形状変化が小さいので、逆に、境界部分が不定形に破断してパターン精度が悪化するという問題も発生する。したがって、作成する光学多層膜（可視光のフィルタで膜厚２〜５μｍ）に近い膜厚のマスク層を形成しておかないと、マスク層の剥離に問題が発生したり、光学多層膜の境界の形状が不定形になるという問題が発生する。このため、理論的にはマスク層を薄くすることにより光学多層膜からなる薄膜パターンの精度を向上できるはずであるが、実作業を考慮すると薄膜パターンの精度が劣化することになってしまう。
【０００９】
マスク層を薄くして、マスク層をリフトオフする前に、フォトエッチング法と同じく電子ビームやドライエッチングにより、光学多層膜を所定の形状にエッチングして、マスク層に沿った形状を形成すると共に、リフトオフ用のエッチャント（エッチング液）をマスク層に到達させるための通路（溝）を作ることが考えられる。しかしながら、この方法は、フォトエッチング法と同じであり、リフトオフ法のメリットがなくなってしまう。
【００１０】
そこで、本発明では、薄いマスク層を用いたリフトオフ法により、精度の高い薄膜パターン（薄膜構造体）を製造することができる方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、基板などの下地層の上に形成されたリフトオフ用のマスク層に重ねて、薄膜構造体の少なくとも一部を構成する構造用薄膜を形成する工程と、マスク層に沿って形成された構造用薄膜の段差部分にクラックを導入するクラック導入工程と、エッチングによりマスク層を除去するマスク除去工程とを有する薄膜構造体の製造方法を提供する。
【００１２】
マスク層が薄くても、マスク層に重ねて構造用薄膜を形成するために、マスク層に沿って構造用薄膜には段差部分が形成される。この段差部分は、構造用薄膜の他の平坦で厚みが一定している領域と比較し応力が集中しやすい。特に、薄いマスク層に重ねて構造用薄膜を形成する場合は、マスク層との境界を除けば、極めて膜厚が安定した構造用薄膜が成膜できるので、マスク層に沿った段差部分に応力が集中しやすい。また、光学多層膜は、上述したように強固であり、応力の集中により割れやすい。したがって、構造用薄膜を成膜した後に、適当な方法により構造用薄膜に適当な応力を発生させることにより、段差部分にクラックを導入することが可能となる。クラックが導入されれば、段差部分に沿った形状でマスク層は剥離されるので、マスク層に従った精度の高い薄膜パターンを製造できる。また、マスク層が薄いので、マスク層近傍まで膜厚の変化などがなく、シャープな形状の薄膜パターンを製造できる。そして、クラックが導入されることにより、そのままで、あるいは、クラックを導入した後に若干のエッチングを行うことにより、マスク層に達する剥離用のエッチャントの導入路を開けるので、マスク層を確実に剥離でき、この点でも精度の高い薄膜パターンを製造できる。
【００１３】
段差部分に応力を集中する１つの方法は温度変化である。したがって、クラック導入工程では、急速な温度変化を与えて、クラックを導入することができる。温度変化を与えることにより、構造用薄膜は伸び縮みし、段差部分に応力が集中する。このため、段差部分にクラックを導入できる。下地層と構造用薄膜との膨張率の差による応力を利用することも可能である。基板などの下地層と構造用薄膜とは材質が異なるので、線膨張係数が異なる。したがって、温度変化、特に急激な温度変化を与えることにより、線膨張係数の差に伴い膨張量が異なり、それを利用してクラックを導入する。このため、例えば、基板の線膨張が小さく、構造用薄膜の線膨張が大きい場合には、急速冷却することが望ましく、逆の場合は加熱処理を行うことが望ましい。
【００１４】
このように、本発明では、クラックからエッチャントを導入できるので、マスク層を確実に剥離除去できる。このため、マスク層が１μｍ程度と薄い場合は、マスク層の剥離が問題であったが、本発明の製造方法であれば、マスク層を確実に除去できると共に、マスク層に沿った構造用薄膜の構造（割れ）も所望の位置で安定して得られる。このため、薄いマスク層を用いて、上述した理論通りに、よりシャープな形状の薄膜構造体（薄膜パターン）を製造できる。
【００１５】
また、本発明の製造方法では、クラック導入工程の前に、段差部分の表面に凹みまたは溝を形成する前処理工程をさらに有することが望ましい。段差部分に凹みまたは溝を形成しておくことで、この凹みまたは溝を起点として、クラックが発生しやすくなる。したがって、マスク層に沿って確実にクラックを導入でき、マスク層に沿った精度の高い薄膜パターンを製造できる。さらに、本製造方法においては、凹みまたは溝は、クラックの起点になれば良いので浅くて良い。したがって、フォトエッチング法のように長時間のエッチングは不要であり、エッチングに要する時間は短く、また、エッチングによる形状誤差も小さくなる。
【００１６】
前処理工程では、凹みまたは溝を機械的な掘削加工処理あるいは機械的な切断加工処理、または電子ビームエッチング処理あるいは電子ビーム描画処理により形成することができる。構造用薄膜の厚みに対して、僅かなサイズの、サブミクロン程度の凹みまたは溝を形成すれば十分である。
【００１７】
本発明の製造方法であれば、エッチングに長時間を要せずに、薄いマスク層を用いたリフトオフ法により薄膜パターンを製造できる。したがって、エッチングし難い光学多層膜を構造薄膜とする薄膜構造体の製造に、本発明は好適である。
【００１８】
光学多層膜を用いた薄膜構造体の１つの形態はカラーフィルタである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）〜（ｄ）および図２（ａ）〜（ｂ）に、本発明に係る薄膜構造体の製造方法により、カラーフィルタの一部の構造を製造する様子を示してある。この例では、基板の上に、緑色の光を選択的に透過するバンドパスフィルタ（緑色用のカラーフィルタ）１０を製造する様子を示してある。
【００２０】
（マスク層の形成）
図１（ａ）に示すように、屈折率が１．４６の石英ガラス基板２１を下地層として、その上に、有機系のレジスト膜を成膜し、パターニングしてマスク層３１を形成する。マスク層３１を形成するレジスト膜としてはポジ型のＯＦＰＲ−８００（東京応化工業（株）製）を用いており、マスク層３１の厚みは１μｍとし、リフトオフにより製造する構造体の１／３程度とリフトオフ用のマスク層としては非常に薄くしている。パターニングは、レジスト膜の成膜したい部分をフォトリソ加工にてくり抜くなどの手法を用いることができる。このリフトオフ用のマスク層３１は、本例の製造方法において製造しようとしている構造体のパターンと逆のパターンを形成しており、マスク層３１をリフトオフすることにより基板２１の上に、所望の構造体が残る。本例においては、画素単位で表示される色が選択されるカラーフィルタを製造するために、画素ピッチ、例えば２０μｍのピッチで、光学多層膜からなる薄膜構造体が形成されるようにマスク層３１はパターニングされる。
【００２１】
（構造層の形成）
次に、図１（ｂ）に示すように、マスク層３１に重ねて、基板２１の上に光学多層膜４１Ｇを成膜する。この光学多層膜４１Ｇを構造用薄膜とし、後述する工程において、その一部をリフトオフすることにより、薄膜構造体４２Ｇが形成される。本例の光学多層膜４１Ｇ（薄膜構造体４２Ｇ）は、緑色の光を選択的に透過する光学フィルタであり、基板２１の側からＳｉＯ２（屈折率：１．４７）の層およびＴａ２Ｏ５（屈折率：２．２１）の層を交互に３８層、積層することにより形成される。本例の光学多層膜４１Ｇ（構造体４２Ｇ）の設計波長（λ）は５５０ｎｍであり、総膜厚は３．１μｍである。図３に、光学多層膜４１Ｇ（構造体４２Ｇ）の層構成を示してある。なお、各層の厚みは、０．２５λの単位で示してある。
【００２２】
光学多層膜４１Ｇの成膜方法は、公知の真空蒸着法、スパッタリング、反応性スパッタ法、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着等を採用できる。光学多層膜４１Ｇの成膜条件の１つとして、マスク層３１にダメージを与えない程度の温度（１５０℃以下程度の比較的低温）で成膜することを考慮することが好ましい。基板２１の上にリフトオフ用のマスク層３１に重ねて、光学多層膜用４１Ｇを形成すると、図１（ｂ）に示すように、光学多層膜４１Ｇの上面に、マスク層３１の境界に沿って、マスク層３１の厚み（１μｍ）程度の段差部分５０が形成される。
【００２３】
（前処理工程（段差部分の形成））
図１（ｃ）に示すように、光学多層膜４１Ｇの上面の段差部分５０に沿うように、電子ビームエッチングにより僅かに凹んだ溝５１を形成する。この前処理工程は、以下に示すクラック導入工程において、クラックが段差部分５０に入りやすいようにすることを目的とし、光学多層膜４１Ｇを完全にエッチングする必要はない。このため、溝５１は、深くても光学多層膜４１Ｇの膜厚の数分の一の深さで形成されれば良い。また、溝５１は、電子ビームエッチングに限らず、ＣＨＦ３やＯ２等の適当なエッチャントを用いたドライエッチングなどの方法により製造できる。いずれの方法でも、この工程で製造する溝５１は浅くて良いので、従来のフォトエッチング法で光学多層膜４１Ｇを下地層２１またはリフトオフ用のマスク層３１に達するまでエッチングする時間と比較すれば、非常に短時間で工程が終了する。
【００２４】
（クラック導入工程）
図１（ｄ）に示すように、急速な温度変化を与えて、溝５１を起点として、光学多層膜４１Ｇの段差部分５０にクラック５２を導入する（クラック導入工程）。光学多層膜４１Ｇに熱歪みを発生させることにより、その応力が構造的に最も弱い段差部分５０に集中することによりクラック５２が発生する。特に、光学多層膜４１Ｇは、その組成から硬く、基板２１に密着した部分に比較して、熱膨張による歪みは、リフトオフ用のマスク層３１の上に浮いた部分あるいはその境界の段差部分５０に集中する。基板２１と光学多層膜（構造層）４１Ｇの熱膨張係数の差を利用して歪みを発生させることも可能である。その場合は、基板２１の線膨張が小さく、光学多層膜４１Ｇの線膨張が大きい場合には、急速冷却し、逆の場合は、急速加熱する。
【００２５】
このクラック５２は、リフトオフ用のマスク層３１に除去用のエッチャントを導入する経路あるいはその一部となると共に、光学多層膜（構造層）４１Ｇからなる構造体４２Ｇのエッジを形成する。クラック５２は、マスク層３１に沿った段差部分５０に沿って形成されるので、リフトオフされた後に残る構造体４２Ｇのエッジはマスク層３１に沿ったものとなり、エッジのシャープな精度の高い構造体４２Ｇが形成される。また、マスク層３１は薄いので、マスク層３１と構造体４２Ｇとの境界部分４３の厚みの差は少なく、光学多層膜４１Ｇを成膜するときにマスク層３１の厚みの影響がで難く、マスク層３１の極近傍まで、図３に示したような所望の層構造を備えた光学多層膜４１Ｇを製造できる。したがって、構造体４２Ｇのカラーフィルタとして利用できる面積が広くなり、さらに、構造体４２Ｇのエッジの形状はシャープになる。したがって、明るく、鮮明なカラー画像を表示できるカラーフィルタを本発明により提供できる。
【００２６】
（エッチング工程）
さらに、図２（ａ）に示すように、基板２１の上に成膜された光学多層膜４１Ｇを、フッ酸等のエッチャント６１を用いて、パターンに沿ってエッチングし、深い溝５３を形成する。この工程は、上記のクラック導入工程において形成されたクラック５２がリフトオフ用のマスク層３１に到達しており、マスク層３１を除去するエッチャントの導入路としてクラック５２を利用できる場合は省くことができる。
【００２７】
しかしながら、クラック５２の程度が保証されず、確実にマスク層３１を除去して歩留まりを向上するためには本工程は重要である。また、クラック５２は、リフトオフ用のマスク層３１に到達していない場合でもマスク層３１の極近傍には到達しているので、図２（ａ）に示したような深い溝５３をエッチングにより製造する時間は短くて済む。
【００２８】
（マスク除去工程）
マスク層３１に完全に到達する深い溝５３が形成された後に、マスク層３１を構成するレジストを除去するエッチャント６１に浸漬し、マスク層３１に重なった光学多層膜の部分をマスク層３１とともに除去する。これにより、図２（ｂ）に示すように、カラーフィルタの一部となる構造体４２Ｇが製造される。図４に、この製造方法にて得られたカラーフィルタ１０の緑色の光の透過光学特性を示してある。このグラフから分かるように、５００ｎｍ〜６００ｎｍ付近にピークを持ち、緑色を選択的に透過する光学特性を得られる。
【００２９】
以上に示したように、本例の製造方法では、リフトオフするマスク層に沿ってクラックを導入することにより、マスク層に沿って、マスク層と共に不用な光学多層膜がシャープに除去されると共に、クラックを用いて、マスク層に除去用のエッチャントが到達するようにしている。したがって、マスク層３１を薄くしても、マスク層３１の剥離も確実に行うことができ、また、マスク層３１に沿ってシャープな形状を備えた薄膜構造体４２Ｇが得られる。マスク層３１を薄くすることにより、マスク層３１の極近傍まで所望の性能を備えた光学多層膜（構造体）４２Ｇを成膜できるので、カラーフィルタにおいては開口率が向上し、吸収による損失あるいは発熱を抑制でき、明るく鮮明な色を表現できるカラーフィルタを提供できる。また、構造体４２Ｇの縁（エッジ）は基板２１に対してほぼ垂直に形成でき、マスク層３１でパターニングされた形状を忠実に再現できる。したがって、画素の１つ１つの形状がシャープになり、この点でも明るく鮮明な画像を表示できるカラーフィルタを提供できる。
【００３０】
なお、上記の製造方法では、基板２１の上にマスク層３１を単独で形成しているが、単独ではなく、エッチングおよび剥離可能な金属膜の上に成膜することも可能なことは上述した通りである。また、マスク層３１を形成するレジストは、上記の例に限らず、ネガ型、例えば、ＳＵ−１０Ａ（化薬マイクロケム／日本化薬）などでも良い。また、アルミニウム等のメタルを用いることも可能である。
【００３１】
さらに、上記では緑色の光を選択的に透過するカラーフィルタの部分の製造方法を示したが、同様の方法で、他の色を選択的に透過するカラーフィルタの部分も製造できる。また、カラーフィルタにかぎらず、その他の光学素子、あるいは薄膜構造体を用いたＭＥＭＳを製造する際にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の製造方法によりカラーフィルタ（光学多層膜の構造体）を製造する過程を示す図である。
【図２】図１に続いて、カラーフィルタを製造する過程を示す図である。
【図３】光学多層膜（構造体）の層構成を示す図である。
【図４】図３に示した光学多層膜（構造体）の光学特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０    緑色のカラーフィルタ
２１    ガラス基板、３１    マスク層、４１Ｇ    光学多層膜、４２Ｇ    構造体
５０    段差部分、５１    溝（または凹み）、５２    クラック
【図１】
2006251598.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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