(57)【要約】【課題】短時間かつ低コストな高アスペクト比凹凸形状の薄膜形成方法を提供すること。【解決手段】基板表面に成膜する過程で当該基板を加熱することでマイグレーション現象により複数の成膜粒子を移動集合させて薄膜単位を形成し、これら複数の薄膜単位により基板表面に高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置の高真空チャンバ内で成膜粒子を基板表面に付着させて成膜する成膜方法において、
基板表面に成膜粒子を付着させて成膜する過程で、基板を加熱することによりマイグレーション現象を起こさせ、このマイグレーション現象により上記付着する成膜粒子を移動集合させて基板表面が露出させるように薄膜単位を形成し、これら薄膜単位の複数により基板表面に高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成する、ことを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種成膜装置により被成膜対象である基板等にナノスケールの膜厚で薄膜パターンを成膜する場合において、高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンに成膜する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記高アスペクト比凹凸形状とは、基板上で薄膜パターンを構成する薄膜単位が基板表面において不連続となって隣り合う薄膜単位間で基板表面が露出し、かつ、その断面形状が基板表面に対して高アスペクト比の凹凸をなしている形状をいう。高アスペクト比とは薄膜単位の断面形状において膜幅と膜高さとの比率（＝膜高さ／膜幅）が所定値以上の形状を言う。したがって、薄膜単位のその断面は矩形形状に限らず、任意形状である。
【０００３】
こうした高アスペクト比凹凸形状の多数の薄膜単位で構成される薄膜パターンは、例えば、ＬＥＤ反射用基板とか、太陽光吸収用基板等の分野において用いられる。その基板上の高アスペクト比凹凸形状薄膜パターンにより、例えばＬＥＤ反射用基板であれば、正面方向からはＬＥＤ光を高反射率で反射し、また、太陽光吸収用基板であれば、正面からは太陽光を高効率で吸収することができる一方、側面方向では低反射率となり、反射率に異方性がある。
【０００４】
そして、標準的なフォトリソグラフィ技術で上記高アスペクト比凹凸形状に薄膜パターンを基板上に形成するには多くの製造工程が必要となる。この製造工程では、例えば、基板上への膜付け、フォトレジスト塗布、露光、およびエッチング等の工程がある。これらは半導体製造工程と同様の工程である。しかしながら、高アスペクト比凹凸形状が０．１ないし１００ｎｍというナノスケールサイズになると、上記した工程では、高精度に高アスペクト比凹凸形状に薄膜パターンを成膜することが難しくなる。また、従来の方法では多くの工程を経る必要があるために、製造にも時間がかかり、また、各工程を行うための高価な各種設備が多数必要である。こうした薄膜形成の特許文献を下記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明により解決すべき課題は、工程が簡単で従来よりも短時間かつ低コストで、基板表面に対してナノスケールサイズで高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成する薄膜形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による薄膜形成方法は、高真空チャンバ内で成膜粒子を基板表面に付着させて成膜する成膜方法において、基板表面に成膜する過程で当該基板を加熱することでマイグレーション現象により複数の成膜粒子を移動集合させて薄膜単位を形成し、これら薄膜単位の複数により基板表面に高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成する、ことを特徴とする。
【０００８】
ここで本明細書でのマイグレーション現象とは基板表面における原子レベルでの金属の移動現象と定義することができる。
【０００９】
本発明においては、基板表面に成膜する過程で当該基板を加熱して当該基板温度を高温にすることにより、基板表面のエネルギー状態を高く維持すると共に、表面吸着物を脱離させ、マイグレーションによる金属の移動度を高めた結果、高アスペクト比凹凸形状に薄膜パターンを形成できる。
【００１０】
薄膜を形成する基板表面は鏡面であることが当該基板表面上の成膜粒子がスムーズに移動することができ、結果として、高アスペクト比凹凸形状に薄膜単位を形成させるうえで好ましい。
【００１１】
上記マイグレーション現象を起こさせる基板温度は、１００ないし３００℃の範囲であることが、吸着物の脱離および基板表面を高エネルギーに保つうえで好ましい。
【００１２】
高真空チャンバ内は１×１０-4Ｐａ以下であることが金属とガスとの間の反応によりマイグレーションが発生しにくい化合物の発生を防ぐうえで好ましい。
【００１３】
薄膜を形成する装置にはＥＢ−ＰＶＤ装置に限定されるものではなく、スパッタリング装置、その他の装置でもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成するのに、従来のように膜付け、フォトレジスト塗布、露光、およびエッチング等の工程が無くなり、単に、成膜中にマイグレーション現象が発生するよう基板を加熱するという工程で済むので、短時間かつ低コストで高アスペクト比凹凸形状に薄膜を形成できる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるＥＢ−ＰＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２はＡｌ成膜時の基板温度差によるＡｌ膜成膜状況の違いを示す図であり、図２（ａ）は、基板温度が低い場合のＳＥＭ写真、図２（ｂ）は基板温度が高い場合のＳＥＭ写真をそれぞれ示す図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＳＥＭ写真で示す薄膜パターンのアスペクト比が高アスペクト比であることを示すＳＥＭ写真図である。
【図３】図３は図２に対応するもので、図３（ａ）は、図２（ａ）の基板の一部断面の構成を概念的に示す図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）の基板の一部断面の構成を概念的に示す図である。
【図４】図４は基板表面の成膜状態からマイグレーション現象により高アスペクト比凹凸形状薄膜が形成される過程を示すもので、図４（ａ）は成膜中、図４（ｂ）はマイグレーション現象が発生する過程、図４（ｃ）はマイグレーション現象後の成膜完了を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＥＢ−ＰＶＤ（電子ビーム物理蒸着）装置により、基板上にナノスケールサイズで高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成する方法を説明する。
【００１７】
図１を参照して実施の形態のＥＢ−ＰＶＤ装置１は、成膜装置の一例として、図示略の高真空チャンバを備える。高真空チャンバ内の下方には蒸発源３が配置されている。
【００１８】
蒸発源３は、その内部に、蒸着原料５が収納されている。この蒸着原料５は実施の形態では一例としてＡｌ（アルミニウム）とする。蒸発源３は、その内部の蒸着原料５に対して、図示略の電子ビーム照射機構から高エネルギーの電子ビームが照射されるようになっている。蒸着原料５は、この電子ビームの照射により図中点線矢印で示すように蒸発し、蒸発粒子として被成膜対象である基板７面に蒸着する。
【００１９】
基板７は、高真空チャンバ内の上方に配置される。基板７は例えば、シリコン（Ｓｉ）基板である。基板７の下面は薄膜成膜面であり、その面状態は鏡面になっている。基板７の上面は加熱面になっている。
【００２０】
高真空チャンバ内には、さらに、基板７の上方適所に加熱手段としてハロゲンヒータ等の適宜のヒータ９が配置されている。基板７のヒータ９による加熱の温度は、基板の温度を測定する熱電対等の温度測定素子１１により測定される。温度測定素子１１の測定信号は、高真空チャンバ外のマイクロコンピュータ等からなる温度制御部１３に入力される。
【００２１】
温度制御部１３は、外部から設定された温度設定と、内蔵する温度制御プログラムとに従い、温度測定素子１１の出力に応答してヒータ９を制御することができるようになっている。
【００２２】
以上のＥＢ−ＰＶＤ装置１において、蒸発源３内の蒸着原料５は、図示略の電子ビームの照射により、加熱蒸気化され、この加熱蒸気化された蒸着原料５は蒸発粒子として図中点線矢印で示すように、基板７方向に移動し、基板７の薄膜成膜面に蒸着する。これにより、基板の薄膜成膜面に成膜が行われる。この蒸着原料５は上記したようにＡｌであるので、成膜はＡｌ膜である。
【００２３】
そして、基板７は、Ａｌ膜を構成するＡｌ粒子にマイグレーション現象を起こさせるために、その加熱面がその上部に配置したヒータ９により加熱される。基板７の加熱面の温度は、温度測定素子１１で測定され、その測定出力に応答して温度制御部１３はヒータ９を制御する。このヒータ９による基板７の加熱温度は、１００ないし３００℃の範囲である。
【００２４】
この実施の形態にかかるマイグレーション現象は、基板表面における原子レベルでの金属の移動現象と説明することができる。
【００２５】
このようにして基板７の温度を、上記温度範囲に、一定時間の間、制御すると、Ａｌ膜がマイグレーション現象を起こし、Ａｌ膜を構成するＡｌ粒子が移動集合して薄膜単位を形成し、これら複数の薄膜単位により基板表面に高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンが形成される。
【００２６】
この高アスペクト比凹凸形状では、薄膜単位の断面形状は、概念的には円弧形状あるいは矩形形状である。
【００２７】
これを図２および図３を参照して説明する。
【００２８】
図２（ａ）のＳＥＭ写真では基板温度を低温とした場合の基板表面上のＡｌ膜を示す。このＳＥＭ写真で示すＡｌ膜では図３（ａ）の一部断面の概念構成で示すように、基板７表面は露出しておらず、連続したＡｌ膜１０ａとなっていて、高アスペクト比凹凸の薄膜パターンではない。
【００２９】
これに対して図２（ｂ）のＳＥＭ写真では基板温度をマイグレーション現象が発生する高温とした場合の基板表面上のＡｌ膜１０ｂを示す。このＳＥＭ写真で示すＡｌ膜では図３（ｂ）の一部断面の概念構成で示すように基板表面がＡｌ膜無しのため露出し、この露出した基板表面を間にしてＡｌ膜１０ｂは相互に独立した薄膜単位１０ｂとして分離している。そして、これら薄膜単位１０ｂで構成される薄膜パターンは高アスペクト比凹凸形状をなしている。
【００３０】
図２（ｂ）のＳＥＭ写真で示す薄膜パターンを構成する薄膜単位１０ｂのアスペクト比が高アスペクト比であることを図２（ｃ）のＳＥＭ写真に示す。このＳＥＭ写真では薄膜パターンを構成する薄膜単位１０ｂのアスペクト比が高いことが判る。
【００３１】
これら薄膜単位１０ｂにより、基板７表面全体にわたり、高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンが形成される。なお、マイグレーション現象を起こさせる基板温度は、ＥＢ−ＰＶＤ装置では、１００℃ないし３００℃の範囲であることが好ましい。
【００３２】
高真空チャンバ内圧力は１×１０-4Ｐａ以下であることが好ましい。高真空チャンバ内の不活性ガス以外のガスによる分圧が１×１０-4Ｐａ超になると、金属-ガス間の反応によりマイグレーションが発生しにくい化合物となるため、上記分圧は、１×１０-4Ｐａ以下であることが好ましい。
【００３３】
なお、本発明は、これら成膜条件に限定されるものではない。その理由は、ＥＢ−ＰＶＤ装置やスパッタリング装置等の成膜装置によって高アスペクト比凹凸の薄膜を形成するための条件が変わるからである。
【００３４】
図４を参照してマイグレーション現象を説明すると、図４（ａ）には基板表面に図１で示すＥＢ−ＰＶＤ装置１により基板７の薄膜成膜面にはＡｌ膜１５Ａが成膜されていく。図解の都合で図４では図１とは基板７の面が逆になって示している。Ａｌ膜１５Ａの拡大を矢印で引き出した円内に示す。円内には、Ａｌ膜１５ＡがＡｌ粒子１５ａの集合で構成されている状態を示す。
【００３５】
そして、図４（ａ）で示す基板７をＡｌ膜１５Ａがマイグレーションを起こすに必要な温度に加熱すると、図４（ｂ）で示すように、Ａｌ膜を構成するＡｌ粒子１５ａが移動していく。Ａｌ膜１５Ｂを矢印で引き出した円内に拡大して示す。円内にはＡｌ粒子１５ａが白抜矢印で示すように集合していく様子が示される。しかし、図４（ｂ）で示す段階のＡｌ膜１５Ｂでは基板７の表面が露出していなくて、連続している。さらに、基板７の加熱を継続すると、上記円内でＡｌ粒子の矢印で示す方向への移動がより促進される結果、基板表面が露出し、図４（ｃ）で示すように高アスペクト比凹凸のＡｌ薄膜１５Ｃが薄膜単位１５Ｃとして形成される。Ａｌ膜１５Ｃの拡大を矢印で引き出した円内に示す。この円内には、Ａｌ粒子１５ａが、複数の薄膜単位を形成している様子を示す。これら薄膜単位は図解的にその断面構成を矩形形状で示すように、立ち上がり、立下りが共に急峻で上面が平坦となっていると共に相互間では基板７の表面が露出している。これにより基板表面には高アスペクト比凹凸形状の多数の薄膜単位で構成される薄膜パターンが形成される。その結果、この基板７を、[背景技術]の項で説明したＬＥＤ反射用基板用とか、太陽光吸収用基板用等として用いることができるようになる。
【００３６】
以上説明したように本実施の形態では、基板表面に成膜する過程で当該基板を加熱することでマイグレーション現象により複数の成膜粒子を移動集合させて薄膜単位を形成し、これら薄膜単位の複数により基板表面に高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成するようにした。これにより、本発明では、高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成するのに、従来のように成膜、フォトレジスト塗布、露光、およびエッチング等の工程といった工程が無くなり、単に、成膜中にマイグレーション現象が発生するよう基板を加熱するだけという簡単な工程のみで済む。したがって、本発明では、短時間かつ低コストにて、基板表面に、高アスペクト比凹凸形状の薄膜パターンを形成する方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  装置
３  蒸発源
５  蒸着原料
７  基板
９  ヒータ
１１  温度測定素子
１３  温度制御部
【図１】
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【図３】
2011080120.tif 000004
【図４】
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【図２】
2011080120.tif 000006