(57)【要約】【課題】一般的な金属膜、誘電体膜、そして特に有機物膜に関し、マスク成膜やパターニングプロセスなしに、基板上へのパターン形成を可能にする堆積膜の形成方法を提供すること。【解決手段】減圧下、イオン化させた、少なくとも原料原子又は分子を含む原料粒子を、該イオンとは逆極性の電荷でパターンを形成した基板の被成膜面に照射することを特徴とする堆積膜形成方法。【選択図】　　　　図１
2004124205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下、イオン化させた、少なくとも原料原子又は分子を含む原料粒子を、該イオンとは逆極性の電荷でパターンを形成した基板の被成膜面に照射することを特徴とする堆積膜形成方法。
【請求項２】
前記原料粒子の発生源に抵抗加熱容器を用いることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項３】
前記原料粒子の発生源にスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的なデバイスに用いられる金属膜、誘電体膜はもちろんのこと、有機半導体レーザーやレーザーアレイ、有機トランジスタ、有機ＥＬパネル、及び有機太陽電池等に用いられる有機膜を形成する真空薄膜形成方法に係る。より詳細には、マスクやパターニングプロセスなしに基板上へパターンを形成することができる堆積膜の真空薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、真空薄膜形成技術は工業的見地からの要求、特に半導体のデバイスプロセス技術として必要不可欠の地位を築くにいたったが、これからの技術の一つの方向として、革新的な技術による大幅な設備のコストダウン、工程数の低減が切望され、そのための研究開発が進められている状況である。
【０００３】
このような観点から薄膜形成技術を見直すとき、まず目にとまるのはパターニングプロセスである。本来膜形成が不必要な箇所の堆積膜を除去するこの工程は、いわゆる印刷技術におけるインキ膜のような選択的な膜形成をあきらめた代償としてはあまりにも大きな経済的影響を現状の設備と工程に与えている。
【０００４】
堆積膜の形成、特に本発明の主たる目的であるパターンの形成については、一般的にはレジストを用いる典型的なパターニングプロセスが用いられる。また、レジストプロセスが使えないプロセスにおいては、膜形成時にマスクが用いられる。
【０００５】
一般的なレジストプロセスは、▲１▼工程数が長く、▲２▼設備も大掛かりになるという問題点を持つ。また、マスク成膜プロセスは▲１▼極めて発塵リスクの高いマスクを被成膜基体に接触させる（もしくは非常に近くに設置する）ことが必須であり、▲２▼マスク交換についても、他の交換冶具に対して交換頻度が高く、また、▲３▼マスク交換に際して被成膜基体に対するアライメント精度を高く保つことが難しい。▲４▼高いアライメント精度を保つためには真空中に、アライメント機構を設ける必要があり、装置コスト、メンテナンス性に大きな負担を生ずる等の問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は減圧下、イオン化させた原料粒子をイオンとは逆極性の電荷でパターンを形成した基板上に照射することにより、あらかじめ形成したパターン上にのみ膜形成を行うことが可能な真空薄膜形成法を提供することを目的とする。その結果、マスク成膜やパターニングプロセスを経ることなく所望の膜のパターン形成が可能となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の堆積膜形成方法は減圧下、イオン化させた原料粒子を該イオンとは逆極性の電荷でパターンを形成した基板の被成膜面に照射することを特徴とする。
【０００８】
そして、原料粒子の発生源に抵抗加熱容器を用いることを特徴とする。
【０００９】
また、原料粒子の発生源にスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする。
【００１０】
なお、さらに詳細に説明すれば、本発明は下記の構成によって前記課題を解決できた。
【００１１】
（１）減圧下、イオン化させた、少なくとも原料原子又は分子を含む原料粒子を、該イオンとは逆極性の電荷でパターンを形成した基板の被成膜面に照射することを特徴とする堆積膜形成方法。
【００１２】
（２）前記原料粒子の発生源に抵抗加熱容器を用いることを特徴とする前記（１）に記載の堆積膜形成方法。
【００１３】
（３）前記原料粒子の発生源にスパッタリングターゲットを用いることを特徴とする前記（１）に記載の堆積膜形成方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、各請求項の作用に関して説明する。
【００１５】
請求項１に係る発明では、減圧下、被成膜面に電荷パターンを有する基体を用い、前記電荷パターンとは異なる極性にイオン化した原料粒子を前記被成膜面に照射する。その結果、原料粒子は基板表面近傍でパターンを形成する電荷からのクーロン力を受け、電荷パターン部位に選択的に堆積、パターン状に膜形成する。
【００１６】
請求項２又は３に係る発明では、イオン化させた、少なくとも原料原子又は分子を含む原料粒子を効率よく生成する方法として、原料粒子の発生源に抵抗加熱容器を用いること及び、スパッタリングターゲットを用いることとする。
【００１７】
（原料粒子のイオン化について）
本発明において、原料粒子のイオン化は、特に粒子の構成要素が分子の場合、分子構造を壊すことなく行なわれる必要がある。前述のように、一般的な有機化合物の結合解離エネルギーは３〜６ｅＶであり、また一般的な分子のイオン化電位は７〜１２ｅＶであることから、有機化合物のイオン化にコンベンショナルな電子衝撃法は使用できない。そこで本発明においては、有機化合物のイオン化に不活性ガスを用いたペニング電離法を採用した。この方法によれば、準安定状態の不活性ガス原子が原料粒子に接触することによって、粒子を構成する分子中の、結合に関与しない価電子帯電子を真空中に放出させることにより、分子を壊すことなくイオン化することができる。
【００１８】
（被成膜基体の電荷によるパターニングについて）
本発明においては、被成膜基体表面の電荷によるパターニング処理が必須となるが、具体的には次の二つの場合がある。
【００１９】
▲１▼基板表面に既存の導電体パターンが存在し、このパターン上にのみ膜形成をしたいとき。
→導電体パターンにマイナスの電位を印加する。
【００２０】
▲２▼▲１▼以外の場合
→電子写真法の一プロセスとして知られるＴＥＳＩ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｉｍａｇｅ）法を用いる。例えば、感光体としてＯＰＣドラムを用い、帯電後、レーザーによる光ビーム走査によりドラム表面に所望のパターンの等倍静電潜像を形成した。その後、感光体表面と被成膜基体表面とを接触させ、感光体の導電層と基体裏面に形成した導電層との間に電圧を加え、そのまま二つの表面を剥離することでドラムの静電潜像を基体表面に転写した。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明に係る堆積膜形成方法の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
本例では、図１に示した構成の堆積膜形成装置を用い、原料分子をイオン化させるためにヘリウムガス雰囲気中でのガス中蒸着法を行なった。原料分子の発生源には抵抗加熱型のルツボ１０４を用いた。また、熱電子放出ユニット１０７からの電子を、電磁石１１０により形成した磁場によって捕捉、高密度化することで、ヘリウムとの衝突確率を上げ、原料分子の飛翔空間にヘリウムの準安定励起原子を多数生成させた。
【００２３】
ルツボ１０４から基板１０２に向かう原料分子はヘリウムの準安定励起原子と衝突し、ペニング電離機構によりイオン化した。
【００２４】
以下では、工程手順に従って説明する。
【００２５】
（１）図１に示した装置において、先ず、ステンレス製の基板ホルダー１０３（浮遊電位）に、５０ｍｍ角、厚さ１ｍｍのＡｌ２Ｏ３基板１０２（基板表面には図３に示す電荷パターンを形成）をセットして、真空容器１０１内を真空排気手段１１３により１０‐２Ｐａ以下に一度真空排気した。
【００２６】
（２）引き続き排気を行ないながら、ガス導入管１１１からヘリウムガスを１００ｓｃｃｍ導入し、排気バルブ１１２の開度を調整することで真空容器１０１の内圧を４Ｐａに維持した。
【００２７】
（３）電磁石１１０に電流を流して電磁石１１０の中央における磁場を１５０Ｇに設定した。
【００２８】
（４）次に、熱電子放出ユニットのフローティング電圧設定用直流電源１１４を接地電位に対して−４０Ｖに、グリッド電圧設定用直流電源１１５を５０Ｖに設定し、その状態でフィラメント電圧設定用直流電源１１６の設定電圧を変化させてグリッド電流が１５Ａになるよう調整することにより電子の放出を開始させた。
【００２９】
（５）上記（４）の状態で、基板１０２の直下１５０ｍｍに設置され、銅フタロシアニン０．５ｇを収容したルツボ１０４を約５２０℃に加熱し、蒸発速度が安定するのを待って、シャッター１０６を開き、基板１０２上に成膜を行なった。
【００３０】
（６）パターンの最大膜厚が概ね３００ｎｍになったところでシャッター１０６を閉じ、基板１０２を装置から取り出して、走査型微小濃度計にセットし、パターンラインに直交する方向（図３）について測定を行なった。測定結果より、平均最高濃度（Ｄｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高濃度の平均値）と平均最低濃度結果（Ｄｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低濃度の平均値）を求め、Ｄｍａｘ．／Ｄｍｉｎ．の電荷パターンピッチ依存性として図５に示す。
【００３１】
（実施例２）
本例では、図４に示したようなアルミニウムの電極パターンを形成したガラス基板１０２を用いた点が実施例１と異なる。他の点は、実施例１と同様にした。
【００３２】
以下では、工程手順に従って説明する。
【００３３】
（１）図１に示した装置において、先ず、ステンレス製の基板ホルダー１０３（浮遊電位）に、５０ｍｍ角、厚さ１ｍｍのガラス基板１０２（基板表面には図４に示す電極パターンを形成）をセットして、真空容器１０１内を真空排気手段１１３により１０‐２Ｐａ以下に一度真空排気した。
【００３４】
（２）引き続き排気を行ないながら、ガス導入管１１１からヘリウムガスを１００ｓｃｃｍ導入し、排気バルブ１１２の開度を調整することで真空容器１０１の内圧を４Ｐａに維持した。
【００３５】
（３）電磁石１１０に電流を流して電磁石の中央における磁場を１５０Ｇに設定した。
【００３６】
（４）次に、熱電子放出ユニットのフローティング電圧設定用直流電源１１４を接地電位に対して−４０Ｖに、グリッド電圧設定用直流電源１１５を５０Ｖに設定し、その状態でフィラメント電圧設定用直流電源１１６の設定電圧を変化させてグリッド電流が１５Ａになるよう調整することにより電子の放出を開始させた。
【００３７】
（５）上記（４）の状態で、基板１０２上の電極パターンに接地電位に対して−８０Ｖの電圧を印加し、基板１０２の直下１５０ｍｍに設置され、銅フタロシアニン０．５ｇを収容したルツボ１０４を約５２０℃に加熱して、蒸発速度が安定するのを待って、シャッター１０６を開き、基板１０２上に成膜を行なった。
【００３８】
（６）パターン上の最大膜厚が概ね３００ｎｍになったところでシャッター１０６を閉じ、基板１０２を装置から取り出して、走査型微小濃度計にセットし、パターンラインに直交する方向（図４）について測定を行なった。測定結果より、平均最高濃度（Ｄｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高濃度の平均値）と平均最低濃度結果（Ｄｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低濃度の平均値）を求め、Ｄｍａｘ．／Ｄｍｉｎ．の電極パターンピッチ依存性として図６に示す。
【００３９】
（実施例３）
本例では、図２に示した構成の堆積膜形成装置を用いた。原料分子の発生源にターゲットユニット２０４を用いたこと、装置へ導入するガスをヘリウムからアルゴンに変えたこと以外は実施例１と同様である。本例におけるスパッタ粒子のイオン化は、電子衝撃により生成したアルゴンの準安定励起原子がスパッタ粒子と衝突することによるペニング電離である。
【００４０】
以下では、工程手順に従って説明する。
【００４１】
（１）図２に示した装置において、先ず、ステンレス製の基板ホルダー２０３（浮遊電位）に、５０ｍｍ角、厚さ１ｍｍのガラス基板２０２（基板表面には図３に示す電荷パターンを形成）をセットして、真空容器２０１内を真空排気手段２１３により１０‐２Ｐａ以下に一度真空排気した。
【００４２】
（２）引き続き排気を行ないながら、ガス導入管２１１からアルゴンガスを１００ｓｃｃｍ導入し、排気バルブ２１２の開度を調整することで真空容器２０１の内圧を４Ｐａに維持した。
【００４３】
（３）電磁石２１０に電流を流して電磁石２１０の中央における磁場を１５０Ｇに設定した。
【００４４】
（４）次に、熱電子放出ユニットのフローティング電圧設定用直流電源２１４を接地電位に対して−４０Ｖに、グリッド電圧設定用直流電源２１５を５０Ｖに設定し、その状態でフィラメント電圧設定用直流電源２１６の設定電圧を変化させてグリッド電流が１５Ａになるよう調整することにより電子の放出を開始させた。
【００４５】
（５）上記（４）の状態で、基板２０２の直下１５０ｍｍに設置され、φ４インチ金ターゲットをセットしたターゲットユニット２０４に直流電力５００Ｗを印加、スパッタリング速度が安定するのを待って、シャッター２０６を開き、基板２０２上に成膜を行なった。
【００４６】
（６）パターンの最大膜厚が概ね３００ｎｍになったところでシャッター２０６を閉じ、基板２０２を装置から取り出して、原子間力顕微鏡にセットし、パターンラインに直交する方向について測定を行なった。測定結果より、平均最大膜厚（Ｔｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高膜厚の平均値）と平均最低膜厚（Ｔｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低膜厚の平均値）を求め、Ｔｍａｘ．／Ｔｍｉｎ．の電荷パターンピッチ依存性として図７に示す。
【００４７】
（実施例４）
本例では、図４に示したようなアルミニウムの電極パターンを形成したガラス基板２０２を用いた点が実施例３と異なる。他の点は、実施例３と同様にした。
【００４８】
以下では、工程手順に従って説明する。
【００４９】
（１）図２に示した装置において、先ず、ステンレス製の基板ホルダー２０３（浮遊電位）に、５０ｍｍ角、厚さ１ｍｍのガラス基板２０２（基板表面には図４に示す電極パターンを形成）をセットして、真空容器２０１内を真空排気手段２１３により１０‐２Ｐａ以下に一度真空排気した。
【００５０】
（２）引き続き排気を行ないながら、ガス導入管２１１からアルゴンガスを１００ｓｃｃｍ導入し、排気バルブ２１２の開度を調整することで真空容器２０１の内圧を４Ｐａに維持した。
【００５１】
（３）電磁石２１０に電流を流して電磁石２１０の中央における磁場を１５０Ｇに設定した。
【００５２】
（４）次に、熱電子放出ユニットのフローティング電圧設定用直流電源２１４を接地電位に対して−４０Ｖに、グリッド電圧設定用直流電源２１５を５０Ｖに設定し、その状態でフィラメント電圧設定用直流電源２１６の設定電圧を変化させてグリッド電流が１５Ａになるよう調整することにより電子の放出を開始させた。
【００５３】
（５）上記（４）の状態で、基板２０２上の電極パターンに接地電位に対して−６０Ｖの電圧を印加し、基板２０２の直下１５０ｍｍに設置され、φ４インチ金ターゲットをセットしたターゲットユニット２０４に直流電力５００Ｗを印加、スパッタリング速度が安定するのを待って、シャッター２０６を開き、基板２０２上に成膜を行なった。
【００５４】
（６）パターン上の金の最大膜厚が概ね３００ｎｍになったところでシャッター２０６を閉じ、基板２０２を装置から取り出して、原子間力顕微鏡にセットし、パターンラインに直交する方向（図４）について測定を行なった。測定値には電極の厚さが含まれるため、事前に測定を行なった電極膜厚を測定値から減ずることにより金の堆積量（膜厚）を求めた。測定結果より、平均最大膜厚（Ｔｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最大膜厚の平均値）と平均最小膜厚（Ｔｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最小膜厚の平均値）を求め、Ｔｍａｘ．／Ｔｍｉｎ．の電荷パターンピッチ依存性として図８に示す。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、あらかじめ基板表面に形成したパターン上にのみ膜形成を行うことが可能な真空薄膜形成法を提供するものである。その結果、マスク成膜やパターニングプロセスを経ることなく所望の膜のパターン形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積膜形成装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積膜形成装置の構成の他の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例１、３に係る、被成膜基板の表面に形成する電荷パターンを示す模式図である。
【図４】本発明の実施例２、４に係る、被成膜基板の表面に形成するアルミニウムの電極パターンを示す模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係る、成膜後の被成膜基体上の電荷パターンラインに直交する方向に関する平均最高濃度（Ｄｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高濃度の平均値）と平均最低濃度（Ｄｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低濃度の平均値）の比Ｄｍａｘ．／Ｄｍｉｎ．の電荷パターンピッチ依存を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係る、成膜後の被成膜基体上の電極パターンラインに直交する方向に関する平均最高濃度（Ｄｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高濃度の平均値）と平均最低濃度（Ｄｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低濃度の平均値）の比Ｄｍａｘ．／Ｄｍｉｎ．の電極パターンピッチ依存を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例３に係る、成膜後の被成膜基体上の電荷パターンラインに直交する方向に関する平均最大膜厚（Ｔｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高膜厚の平均値）と平均最低膜厚（Ｔｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低膜厚の平均値）の比Ｔｍａｘ．／Ｔｍｉｎ．の電荷パターンピッチ依存を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例４に係る、成膜後の被成膜基体上の電極パターンラインに直交する方向に関する平均最大膜厚（Ｔｍａｘ．：ラインごとに繰り返される最高膜厚の平均値）と平均最低膜厚（Ｔｍｉｎ．：ライン間ごとに繰り返される最低膜厚の平均値）の比Ｔｍａｘ．／Ｔｍｉｎ．の電極パターンピッチ依存を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１，２０１　真空容器
１０２，２０２　基板
１０３，２０３　基板ホルダー
１０４　ルツボ
１０５　ルツボ加熱用ヒータ
２０４　ターゲットユニット
１０６，２０６　シャッター
１０７，２０７　熱電子放出ユニット
１０８，２０８　グリッド
１０９，２０９　フィラメント
１１０，２１０　電磁石
１１１，２１１　ガス導入管
１１２，２１２　排気バルブ
１１３，２１３　真空排気手段
１１４，２１４　フローティング電圧設定用直流電源
１１５，２１５　グリッド電圧設定用直流電源
１１６，２１６　フィラメント電圧設定用直流電源
【図１】
2004124205.tif 000003
【図２】
2004124205.tif 000004
【図３】
2004124205.tif 000005
【図４】
2004124205.tif 000006
【図５】
2004124205.tif 000007
【図６】
2004124205.tif 000008
【図７】
2004124205.tif 000009
【図８】
2004124205.tif 000010