(57)【要約】【課題】工程が短く、下地材料の損傷が小さく、基板上に金属薄膜を精度良く形成する方法；及び基板上に電極を有し、その上に第２の金属薄膜が精度良く形成された電極付基板を提供すること。【解決手段】基板上にレジスト層を形成し、第１の金属薄膜パターンのマスクを介して露光、現像後、第１の金属薄膜を形成し、レジスト層を除去することなく、第１の金属薄膜領域に対応する開口部を有するメタルマスクを介して第２の金属を蒸着して第２の金属薄膜を形成し、次いで、メタルマスクを取り外し、レジスト層を除去する工程を有し、第２の金属薄膜領域が第１の金属薄膜領域の外側には存在しないことを特徴とする、基板上に第１の金属薄膜と第２の金属薄膜を形成する方法；及び基板上に、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜をこの順に有し、第２の金属薄膜領域が第１の金属薄膜領域の外側には存在しないこと、及び第１の金属薄膜が電極であることを特徴とする電極付基板。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト層を形成し、第１の金属薄膜パターンを有するマスクを介して露光、現像後、第１の金属薄膜を形成し、レジスト層を除去することなく、第１の金属薄膜領域に対応する開口部を有するメタルマスクを密着させて第２の金属を蒸着して第２の金属薄膜を形成し、次いで、メタルマスクを取り外し、レジスト層を除去する工程を有し、第２の金属薄膜領域が第１の金属薄膜領域の外側には存在しないことを特徴とする、基板上に第１の金属薄膜と第２の金属薄膜を形成する方法。
【請求項２】
第１の金属薄膜がリフトオフ又はめっきにより形成される請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の金属薄膜が電極である請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
第２の金属薄膜がはんだである請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
基板がシリコンである請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
基板上に、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜をこの順に有し、第２の金属薄膜領域が第１の金属薄膜領域の外側には存在しないこと、及び第１の金属薄膜が電極であることを特徴とする電極付基板。
【請求項７】
光導波路形成用である請求項６記載の電極付基板。
【請求項８】
第２の金属薄膜がはんだである請求項６又は７記載の電極付基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属薄膜の形成方法及び電極付基板に関し、特に光導波路基板のような基板上の任意の領域に電極を形成し、この電極上にはんだ等の薄膜を形成する方法及び電極付基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリマー光導波路基板のような基板上の任意の領域に電極を形成し、この電極上にはんだ等の金属薄膜を形成する方法としては、次のような方法が行われている。
▲１▼基板上に第１のホトレジスト層を形成し、所望の電極パターンの第１のホトレジストマスクを作製し、このマスクを利用して電極を蒸着により形成した後、第１のホトレジスト層を除去するリフトオフ法や、前記蒸着に代わり、めっきにより形成した後、第１のホトレジスト層を除去するめっき法により、電極を形成する。以下同様にして電極上に第２の金属薄膜を形成した後、第２のホトレジスト層を除去する。
あるいは、基板上に第１の金属薄膜を形成し、この薄膜上に第１のホトレジスト層を形成し、所望の電極パターンの第１のホトレジストマスクを作製し、このマスクを利用してエッチングにより不要部の金属薄膜を除去して電極を形成した後、第１のホトレジスト層を除去する。次に第２の金属薄膜を全面に形成し、第２のホトレジスト層を形成し、所望のパターンの第２のホトレジストマスクを作製し、このマスクを利用して、不要部の金属薄膜をエッチングにより除去して電極上に第２の金属薄膜を形成した後、第２のホトレジスト層を除去する。
上記の方法は工程が長く、また、レジスト層の除去工程が２回あるため、レジスト層除去液による下地材料の損傷が大きく、歩留りが低いという問題がある。
【０００３】
▲２▼基板上に第１の金属薄膜を形成し、この薄膜上にホトレジスト層を形成し、所望の電極パターンの反転パターンを有するホトレジストマスクを作製し、このマスクを利用してエッチングにより不要部を除去して電極を形成した後、電極上のホトレジスト層を除去する。次に第２の金属薄膜パターンを有するメタルマスクを介して第２の金属を蒸着し、電極上に第２の金属薄膜を形成する。
▲３▼基板上にホトレジスト層を形成し、所望の電極パターンを有するホトレジストマスクを作製し、このマスクを利用して蒸着、めっき等により電極を形成した後、ホトレジスト層を除去する。次に第２の金属薄膜パターンを有するメタルマスクを介して第２の金属を蒸着し、電極上に第２の金属薄膜を形成する。
▲２▼及び▲３▼の方法は、蒸着時の熱輻射により、メタルマスク及び基板の温度が上昇し、両者の熱膨張率の差により位置ずれを生じ、金属薄膜の形成位置に狂いが生じるという問題がある。
図４（ｂ）に示すように、第２の金属薄膜が第１の金属薄膜の領域外に形成されると、第２の金属薄膜と基板との濡れ性が悪い場合には第２の金属薄膜が盛り上がり、第２の金属薄膜上に半導体素子等を搭載すると、基板平面に対して傾いてしまうという重大な問題を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、工程が短く、また、レジスト層の除去工程が１回だけですみ、レジスト層除去液や蒸着時の熱輻射による下地材料の損傷が小さく、基板上に金属薄膜を位置に狂いを生じることなく形成することができる金属薄膜の形成方法を提供することである。
本発明の他の目的は、基板上に電極を有し、該電極上に第２の金属薄膜が精度良く形成された電極付基板を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、基板上にレジスト層を形成し、第１の金属薄膜パターンを有するマスクを介して露光、現像後、第１の金属薄膜を形成し、レジスト層を除去することなく、第１の金属薄膜領域に対応する開口部を有するメタルマスクを密着させて第２の金属を蒸着して第２の金属薄膜を形成し、次いで、メタルマスクを取り外し、レジスト層を除去する工程を有し、第２の金属薄膜領域が第１の金属薄膜領域の外側には存在しないことを特徴とする、基板上に第１の金属薄膜と第２の金属薄膜を形成する方法である。
本発明の第２は、第１の金属薄膜がリフトオフ又はめっきにより形成される上記１記載の方法である。
本発明の第３は、第１の金属薄膜が電極である上記１又は２記載の方法である。
本発明の第４は、第２の金属薄膜がはんだである上記１〜３のいずれか１項記載の方法である。
本発明の第５は、基板がシリコンである上記１〜４のいずれか１項記載の方法である。
本発明の第６は、基板上に、第１の金属薄膜と第２の金属薄膜をこの順に有し、第２の金属薄膜領域が第１の金属薄膜領域の外側には存在しないこと、及び第１の金属薄膜が電極であることを特徴とする電極付基板である。
本発明の第７は、光導波路形成用である上記６記載の電極付基板である。
本発明の第８は、第２の金属薄膜がはんだである上記６又は７記載の電極付基板である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法の一実施態様を模式的に説明する図面である。
図１（ａ）は、基板１（例えば、シリコン基板）上にレジスト層２を形成し、第１の金属薄膜パターンを有するマスクを介して露光、現像後、第１の金属薄膜３（電極）を形成した状態を示している。
図１（ｂ）に示すように、基板の収納治具５に磁性板６を収納し、図１（ａ）に示すレジスト２と電極３を有する基板１をこの磁性板６の上に載置する。さらに、基板１の電極３に対応する領域が開口しているメタルマスク７を該基板１に密着させる。さらに、押えネジ８により、メタルマスク７、基板１、及び磁性板６を収納治具５に固定することが好ましい。本発明は、レジスト層２を除去することなく、基板１にメタルマスク７を密着させることを第１の特徴とするものである。
【０００７】
図１（ｃ）に示すように、押えネジ８により、メタルマスク７、基板１、及び磁性板６を収納治具５に固定したものを蒸着装置の基板ホルダ９に固定する。
これを真空蒸着装置に装着し（図１（ｄ））、蒸着源１０から第２の金属薄膜形成材料を蒸発させ、メタルマスク７の開口部領域に露出した基板１の薄膜形成領域に第２の金属薄膜４を蒸着する（図１（ｅ）及び（ｆ））。
蒸着終了後、収納治具５を蒸着装置から取り出し、押えネジ８をゆるめてメタルマスク７を取り外し、基板１の電極３上に、レジスト２と共に、所望の第２の金属薄膜４が形成された基板１を得る（図１（ｇ））。
これをレジスト除去液により処理してレジスト２を除去し、基板１の電極３上に第２の金属薄膜４が形成された基板１を得る（図２（ａ））。
【０００８】
本発明方法では、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第２の金属薄膜領域４が第１の金属薄膜領域３の外側には存在しないことを特徴とする。その理由について説明する。
図３に示すように、基板１にレジスト層２を設け、レジストがポジ型の場合にはこれを電極の反転パターンを有するマスクを介して露光、現像すると電極３を形成すべき領域のレジストが除去される。この際、現像液により、レジスト層２は、基板１に近い部分がより多く除去されるため、開口部断面２ａは基板１に向かって広がった形状となる。このレジストマスクを介して金属薄膜４を蒸着すると、基板１にはレジストの開口部と同一の形状の蒸着薄膜３（電極）が形成される。このときレジスト層２の表面にも蒸着薄膜が形成される。
【０００９】
次にレジスト層２を除去することなく、電極３に対応する開口部を有するメタルマスク７を密着し、このマスクを介して第２の金属を蒸着すると、メタルマスク７の開口部に対応する電極３上には金属薄膜４ａが、メタルマスク７の表面には金属薄膜４ｂが形成される。この際、メタルマスク７の開口部パターンとレジスト層２のレジスト除去部分のパターンに位置ずれがあると、電極３の領域３ａには金属薄膜４ａが蒸着されるが、レジスト層２の影となった電極３の領域３ｂには金属が蒸着しない。メタルマスク７の開口部であって、電極３の領域、すなわち、レジスト層２の開口部に対応していない部分では、メタルマスク７の開口部から基板方向に侵入した蒸着物は、レジスト層２に遮蔽され、レジスト層２上に金属薄膜４ｃが形成される。
このように、レジスト層２の開口部は電極３の領域と完全に一致しているため、電極３の領域外の基板１上に金属薄膜４が形成されることはない。
【００１０】
本発明において、基板材料としては、表面に蒸着薄膜が形成し得るものであれば特に制限はなく、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料が挙げられる。更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板材料表面に、二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成したものも挙げられる。
本発明方法を適用し得る基板としては、上記基板材料表面に、光導波路を設けたもの、及びさらに、光合波器、光分波路、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものが挙げられる。上記の基板材料表面に、発光ダイオード、フォトダイオード等の半導体装置や金属膜を形成したものも挙げられる。
【００１１】
蒸着源は、目的に合わせて選択されるが、代表的なものとしては金、クロム、アルミニウム、チタン、これらの合金、例えば、金−錫合金、等が挙げられる。これらの蒸着源は、抵抗加熱や電子ビーム等により加熱され、蒸発し基体表面に蒸着薄膜を形成する。
【００１２】
以下実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
実施例１
次に示すようにして、図１（ａ）に示す構造の基板を作製した。
直径約１２．７ｃｍ、厚さ約１ｍｍのシリコンウエハの上面全体にＯＰＩ−Ｎ１００５（フッ素含有ポリイミド樹脂；日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続いて３７０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、厚さ６μｍの下部クラッドを形成した。
この下部クラッドの上に、ＯＰＩ−Ｎ３２０５（フッ素含有ポリイミド樹脂；日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、光導波路となる厚さ６μｍのポリイミド膜を形成した。
【００１３】
得られたポリイミド膜は、フォトリソグラフィにより光導波路の形状にパターニングした。具体的には、光導波路となるポリイミド層の上にレジストをスピン塗布し、１００℃で乾燥後、水銀ランプでマスク像を露光させ、現像して、レジストパターン層を形成した。このレジストパターン層は、前述のポリイミド膜を光導波路の形状に加工するためのマスクとして用い、前述のポリイミド層を酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ２−Ｒ１Ｅ）することにより、光導波路を基板上に多数配列して形成した。その後、レジストパターン層を剥離した。
次に、光導波路及び下部クラッドを覆うように、ＯＰＩ−Ｎ１００５（フッ素含有ポリイミド樹脂；日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布した。得られた材料溶液膜を、乾燥器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して材料溶液膜中の溶媒を蒸発させ、３５０℃で６０分加熱することによりポリイミド膜の上部クラッドを形成した。
【００１４】
次に、接着層、上部クラッド、光導波路、下部クラッドの積層膜に対してダイシングにより積層方向に切り込みを入れ、シリコン上に電極を形成すべき領域に形成されている接着層、上部クラッドから下部クラッドまでを、基板上から剥がして除去した。これにより、基板上の電極を形成する領域では、シリコン基板が露出した。
次にレジスト膜を形成し、電極３のパターンを有するホトマスクを介して露光し、現像した。次いで、蒸着によるリフトオフ法により、電極３（１つの電極の大きさは２２０×４００〜５００μｍ、厚みは０．５μｍ）を形成し、図１（ａ）で表される光導波路基板１を作成した。但し、図１（ａ）では光導波路積層体は省略してある。
【００１５】
収納治具５に磁性板６（アルニコ製、直径１２．５ｃｍ、厚さ５ｍｍ）を収納し、この上に上記基板１を重ね、さらにこの上にメタルマスク７を重ねた。メタルマスク７は、ＳＵＳ（又は４２アロイ）製、直径１３．０ｃｍ、フォトエッチング法により作成したものである。
【００１６】
メタルマスク７を押えネジ８により収納治具５に固定し、これを蒸着装置の基板ホルダ９に収納し、真空蒸着室中で蒸着源１０からはんだ材料（Ａｕ／Ｓｎ質量比＝７２：２８）を約２８０℃に加熱して蒸発させ、電極３の上に２００μｍ×３００μｍ、厚さ３μｍの蒸着膜を形成した。
図２に示すように、はんだ材料４は電極３の表面にのみ蒸着し、電極３の領域外に蒸着することは全くなかった。
【００１７】
実施例２
実施例１において、蒸着によるリフトオフ法の代わりに無電解めっき法により電極３を形成した他は同様にして、電極３の上に２００μｍ×３００μｍ、厚さ３μｍの蒸着膜を形成した。
図２に示すように、はんだ材料４は電極３の表面にのみ蒸着し、電極３の領域外に蒸着することは全くなかった。
【００１８】
比較例
実施例１において、レジストを除去してからメタルマスクを使用して蒸着した他は同様にして、電極３の上に２００μｍ×３００μｍ、厚さ３μｍの蒸着膜を形成した。
図４（ｂ）に示すように、はんだ材料４は電極３の領域外にも蒸着し、丸く盛り上がった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明方法では、第１の金属薄膜の形成の際に使用したレジスト層を除去することなく、第１の金属薄膜の上に蒸着により第２の金属薄膜を形成するため、工程が短く、また、レジスト層の除去工程が１回だけですみ、レジスト層除去液や蒸着時の熱輻射による下地材料の損傷が小さく、基板上に金属薄膜を位置に狂いを生じることなく形成することができる。
また、本発明の電極付基板は、基板上に電極を有し、該電極上に第２の金属薄膜が精度良く形成されているため、第２の金属薄膜上にレーザーダイオードやフォトダイオード等の半導体素子を精度良く搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の一実施態様を示す模式的な説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施例により作製された、基板１上に形成された電極３、この電極３の上に蒸着されたはんだ薄膜４を有する電極付基板の断面図である。（ｂ）は、図２（ａ）の一部拡大平面図であり、電極３とメタルマスク７の開口部に位置ずれのない場合を示している。
（ｃ）は、図２（ａ）の一部拡大平面図であり、電極３とメタルマスク７の開口部に位置ずれのある場合を示している。
【図３】本発明方法の一実施態様を示す模式的な説明図であり、本発明方法によれば、電極３とメタルマスク７の開口部に位置ずれがあっても、電極３上にのみ金属薄膜が形成され、基板１上には形成されない理由を説明する図面である。
【図４】従来のメタルマスク蒸着法の概要を示す模式的な図面であり、左側の図は電極３とメタルマスク７の開口部に位置ずれのない場合を示し、右側の図は、電極３とメタルマスク７の開口部に位置ずれのある場合を示している。
【符号の説明】
１：基板、２：レジスト層、３：電極、４：蒸着薄膜、５：収納治具、６：磁性板、７：メタルマスク、８：押えネジ、９：基板ホルダ、１０：蒸着源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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