(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから噴射させた平均粒径が０．３μｍの超微粒子を基板上に堆積させて微細形状の造形物を形成する装置に適用される超微粒子噴射成膜用マスクにおいて、
該超微粒子噴射成膜用マスクは、曲げ部を形成するための切欠穴と、
前記微細形状の造形物パターンに対応したマスク開口を含むマスクエリアの近傍に、前記超微粒子の乱れを抑制する開口部とを有し、当該切欠穴がマスク開口を縫うように配置することを特徴とする超微粒子噴射成膜用マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超微粒子噴射成膜用マスク、より具体的には、超微粒子をノズルから噴射し、堆積させて微細形状の造形物を形成する装置において、ノズルと基板との間に配置し、開口部のパターンに相当する微細形状の造形物を基板に形成するための超微粒子噴射成膜用マスクに関し、基板とマスクに間隔を必要とする膜パターン形成方法工法や、また真空装置を用いて基板にマスクパターンの開口部に対応した薄膜形成物質を形成する方法に広く応用可能な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超微粒子をノズルから噴射し、堆積させて微細形状の造形物を形成する装置において、従来は基板とマスクの間にスペーサを設置し、そのスペーサの厚さによって基板とマスクとの間に所望の隙間を確保していた。例えば、本出願人によって出願された特開平１０−２０２１７１号公報は、ノズルと基板との間に所望のマスクを配置し、マスクの開口部のパターンに相当する微細形状の造形物を基板に形成する方法におけるマスク形状とその取り付けに関わる技術が開示されている。
【０００３】
ノズルと基板との間に所望のマスクを配置し、マスクの開口部のパターンに相当する微細形状の造形物を基板に形成する場合、超微粒子流は、その運動エネルギーが大きく、マスクの開口を通過した後も直進する。このとき基板に堆積しない搬送ガスは、マスクと基板との隙間を最適領域に設定することによって、マスクを通過した後周囲に拡散させ、超微粒子流に乱れを生じさせないようにして、均一な堆積膜形成を得ることができるようにする必要がある。
【０００４】
基板とマスクとの隙間は、超微粒子の種類、超微粒子流の温度、もしくは搬送ガスの条件等に応じて最適化される必要があるが、例えば上記の特開平１０−２０２１７１号公報においては、上記の隙間を０.７ｍｍ以上とすることが望ましいとされている。更に基板とマスクとの隙間は、超微粒子の種類、超微粒子流の温度、搬送ガスの条件、所望する堆積膜の膜厚等によっては０.１ｍｍ前後としてもよい。
【０００５】
図８は、従来のマスクと基板との取付構成例を説明するための側断面図及び上面図である。従来は、マスク開口部５３を有するマスク５と基板４との隙間をスペーサ３３によって確保していた。すなわち装置の本体ステージ３０に固定された基板保持部材３１に基板４をセットし、その外側からスペーサ３３を介在させてマスク取り付けネジ３２を用いてマスク５を固定していた。従ってマスク５と基板４との隙間は特に基板４の中央部において不安定であった。また、スペーサ３３を介在させてのマスクの取り付けは、操作性が悪く、煩わしい作業であった。またスペーサが小さく、薄い場合には、更に作業性が悪く非常に面倒な作業となる。また、マスクに対し所望の位置にスペーサを配置しようとする場合、スペーサをマスクに接着等で固定しなくてはならず、例えば基板を加熱して成膜を行うような場合には、接着剤を使うことはできない。また真空装置において、接着剤はガス発生元となり好ましくない。また微細なスペーサ自身をマスクに固定すること自体が困難である。
【０００６】
また上述したように、基板との間隙を一定間隔に保ち、かつ真空装置本体でノズルから噴射した微細形状を堆積させ微細形状の造形物を形成するために、マスクは所定の位置で確保されていなくてはならない。しかしながら、マスクを装置に装着した後では、基板とマスクの間隔の確認は難しく、煩わしい作業となり、操作性が悪い。また、微細形状の造形に際し、堆積膜の成長によってマスク開口部と膜最表面の間隔が狭くなり、均一な超微粒子流に乱れが発生するという問題が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、基板との間隙を簡便な方法で確保して、装置への装着を確実かつ容易にし、均一な超微粒子流によって成膜品質を向上させることができるようにした超微粒子噴射成膜用マスクを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に発明は、ノズルから噴射させた平均粒径が０．３μｍの超微粒子を基板上に堆積させて微細形状の造形物を形成する装置に適用される超微粒子噴射成膜用マスクにおいて、該超微粒子噴射成膜用マスクは、曲げ部を形成するための切欠穴と、前記微細形状の造形物パターンに対応したマスク開口を含むマスクエリアの近傍に、前記超微粒子の乱れを抑制する開口部とを有し、当該切欠穴がマスク開口を縫うように配置することを特徴としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のマスクが適用される超微粒子噴射成膜装置を示す概略構成図である。超微粒子噴射成膜装置１はチャンバ２を有し、チャンバ２の内部は真空装置３によって減圧される。またチャンバ２の内部には、基板４とマスク５とノズル６が配設される。マスク５には、所望のパターンを構成する開口部が設けられ、その開口部に相当する微細形状の造形物を、ノズル６から噴射する超微粒子流により基板４上に形成する。これらの系は、操作システム８によって制御される。また搬送ガスを供給するためのガス供給系７が備えられている。本発明によれば、当該装置のマスク５と基板４との間隙を従来の構成よりも簡便に一定に保持することができる。
【００１５】
前述したように、超微粒子流は、その運動エネルギーが大きく、マスクの開口を通過した後も直進するが、基板の堆積に寄与しない搬送ガスは、マスクと基板との間隙を最適に設定することによって、マスクを通過した後、周りに拡散し、超微粒子流に乱れが生じない。よって均一な堆積膜形成を得る事ができる。また基板との隙間は超微粒子の種類、超微粒子流の温度、搬送ガスの条件、所望する堆積膜の膜厚等に応じて最適化されるが、本発明によって、マスク５と基板４との隙間を所望の間隔に確実にかつ容易に保持できる。
【００１６】
本発明において、図８に示すごとくの従来のスペーサ３３に相当する間隔は、マスク５を構成するためのマスクプレイト５０自身の曲げによって確保する。図２（Ａ）はマスクプレイト５０に曲げ部を形成するための予備成形として切欠穴５１を設けた状態を示す部分上面図及び断面図で、、図２（Ｂ）は切欠穴５１部における所定部分を曲げ加工することによって切欠穴折曲部５２を形成した形状を示す部分上面図及び断面図である。切欠穴折曲部５２の寸法Ｄは、図８に示した従来方式の寸法Ｄに相当する。
【００１７】
図２（Ｃ）は、切欠穴折曲部５２を形成したマスク５の上面図で、マスク５には、切欠穴折曲部５２がマスク開口部５３を縫うように配され、これによりマスク５全体で基板との隙間を維持することができる。
【００１８】
また、図示しないが他の構成例として、マスク５の基板２との接触面の中央部に凸形状となるカールを設けることによって、基板４とマスク５とをより密着させることができる。従来の方式ではこの点は全く異なり、そのようなカールを付与すると、中央部においてマスク５と基板４が接触してしまう。
【００１９】
図３は、突き出し加工によってマスク５と基板４との隙間を維持する構成を示すもので、図３（Ａ）は、マスクプレイト５０に、予備成形として突き出し用のガイド穴５４を設けた状態を示す部分上面図及び断面図で、図３（Ｂ）は、突き出した後、凸部５５が形成された形状を示す部分上面図及び断面図である。寸法Ｄは、図８に示した従来方式の寸法Ｄに相当する。
【００２０】
図３（Ｄ）は、突き出し加工の原理を説明するための図で、パンチ２０（凸型）にはガイドピン２１が設置されていて、マスクプレイト５０のガイド穴５４に対して位置決めされる。パンチ２０は、ストッパリング１２に明けられたガイド穴１１によってダイ１０（凹型）に案内され、矢印の方向に加圧する。上記の加工により、マスク５は、図３（Ｂ）に示した凸部５５を有する形状を得ることができる。また図３（Ｃ）は、本方式の突きだしによって、マスク５と基板４との隙間を維持するための凸部５５を形成したマスク５を示す上面図である。マスク５を設計する段階で所定の位置にガイド穴５４を予めあけておくことによって、図３（Ｄ）の加工法により容易に凸部５５を形成することができる。
【００２１】
図４は、基板４とマスク５とを、装置の本体ステージ３０が有する基板保持部材３１に簡便に且つ確実に装着セットする方法を説明するための図で、図４（Ａ）は本体ステージ３０に基板４とマスク５を挿入セットした状態を示す断面図で、図４（Ｂ）はマスク５の形状を示す上面図で、図４（Ｃ）はマスク５への基板４のセットを説明するための側面図で、図４（Ｄ）は同じく正面図である。
マスク５の両端に端部折曲部５６を形成しておくことによって、その端部折曲部５６に基板４をセットした状態で、これらマスク５及び基板４を、本体ステージ３０の基板保持部材３１に簡便に且つ確実に装着できる。
【００２２】
図５は、簡便なセット治具４０を用いて、基板４とマスク５とを本体ステージ３０の基板保持部材３１に確実に装着セットする方法を説明するための図で、図５（Ａ）は本体ステージ３０に基板４とマスク５とをセット治具４０とともに挿入セットした状態を示す側断面図、図５（Ｂ）はマスク５と基板４をセット治具４０に装着したときの側面図、図５（Ｃ）は同上面図、図５（Ｄ）は同正面図、図５（Ｅ）はマスク５の上面図、図５（Ｆ）はマスク５を基板４にセットした状態を説明するための側面図、図５（Ｇ）は同じく正面図を示すものである。
【００２３】
まず図５（Ｆ）及び図５（Ｇ）に示したように、基板４を矢印方向にマスク５にセットし、次に図５（Ｂ）、５（Ｃ）、５（Ｄ）に示すように、セット治具４０に、上記のごとくにセットしたマスク５と基板４とを挿入する。そして図５（Ａ）に示すごとくに、セット治具４０によって一体化したマスク５と基板４とを当該セット治具４０とともに本体ステージ３０に設置した基板保持部材３１に装着する。
【００２４】
図６（Ａ）は本発明の他の実施例として成膜安定化用開口部５８を設置したマスク５を示す図で、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の側面図である。また図６（Ｃ）は、成膜安定化用開口部５８を設けた本発明によるマスクによる成膜状態と、上記の成膜安定化用開口部を設けない従来のマスクによる成膜状態とを比較するための図である。
【００２５】
図６（Ａ）において、所望する微細形状造形物パターンに対応したマスク開口部５３を含む図示するごとくの所定領域をマスクエリア５７と呼び、このマスクエリア５７の近傍に、成膜安定化用開口部５８を配置することにより、流体流路部のコンダクタンスを軽減させ、マスクエリア５７内における超微粒子流の均一な流れを確保することができる。
【００２６】
実際のサンプル作成例として、ジルコン酸チタン酸鉛セラミックス堆積膜について説明する。ＢＥＴ法による比表面積が２.８ｍ２／ｇ、平均粒径０.３μｍのジルコン酸チタン酸鉛セラミックスを用い、ノズルから噴射させる。このときのキャリアガスとしてヘリウムを用い、また堆積室の圧力を０.５Ｔｏｒｒ（０.６６６６１×１０２Ｐａ）とし、Ｓｉ基板上に上記セラミックスを１００μｍの厚さで堆積させた。用いたマスクはステンレス製メタルマスクであり、幅６８μｍのパターンのマスク開口部５３を有している。そして基板４とマスク５との間の距離は０.１ｍｍとした。
【００２７】
図６（Ｃ）に示すＩは、マスクエリア５７外に成膜安定化用開口部５８を有さないマスクを使用した場合の堆積膜の断面形状を示し、IIは上記の成膜安定化用開口部５８を設置したマスクによる堆積膜の断面形状を示す図である。上記のマスクの違いによる成膜断面形状を約１００μｍの高さで比較すると、マスクエリア５７の外に成膜安定化用開口部５８を有さないマスクの場合は、Ｉに示すように、基板から２０μｍ高さまでは略垂直に堆積しているものの、それ以上の膜厚では、膜厚の増大に伴って高さ約１００μｍ高さまで三角形状に成膜され、頂点が鋭角になって成膜されてしまう。これは超微粒子流の乱れに起因した結果である。
【００２８】
上記の断面形状に対し、マスクエリア５７の外に成膜安定化用開口部５８を設置したマスクの場合には、IIに示すように、基板から約５０μｍ高さまで略垂直に堆積している。これは超微粒子流の乱れが抑制されているものと評価することができる。
【００２９】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、上記の成膜安定化用開口部５８を設置したマスクを用いて成膜したサンプルのＳＥＭ断面を示すＳＥＭ撮影写真である。堆積膜の断面形状において、基板から約５０μｍ高さまでの垂直部の高さに対するパターン幅の比を有効加工アスペクト比として定義すると、この場合０.７５となる。成膜安定化用開口部５８を設けない従来方式のマスクの場合は、有効アスペクト比が０.３であり、本発明の構成により格段に成膜品質が向上したことがわかる。このアスペクト比の向上は素子の微細化、高密度化に有効であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、基板との間隙を簡便な方法で確保して、装置への装着を確実かつ容易にする超微粒子噴射成膜用マスクを提供することができ、かつ流体流路部のコンダクタンスが軽減され、マスクエリア内での超微粒子流が均一化され、これにより有効アスペクト比が向上して、高い成膜品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用される超微粒子噴射成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】  本発明による超微粒子噴射成膜マスクの一実施例を説明するための図である。
【図３】  本発明による超微粒子噴射成膜マスクの他の実施例を説明するための図である。
【図４】  本発明による超微粒子噴射成膜マスクの更に他の実施例を説明するための図である。
【図５】  本発明による基板へのマスク取り付け方法の一実施例を説明するための図である。
【図６】  本発明による超微粒子噴射成膜マスクの更に他の実施例を説明するための図である。
【図７】  図６に示す実施例における成膜状態を示すＳＥＭ撮影写真である。
【図８】  従来の超微粒子噴射成膜マスクの一例を説明するための側断面図及び上面図である。
【符号の説明】
１…超微粒子噴射成膜装置、２…チャンバ、３…真空装置、４…基板、５…マスク、６…ノズル、７…ガス供給系、８…操作システム、１０…ダイ、１１…ガイド穴、１２…ストッパリング、２０…パンチ、２１…ガイドピン、３０…本体ステージ、３１…基板保持部材、３２…マスク取り付けネジ、３３…スペーサ、４０…セット治具、５０…マスクプレイト、５１…切欠穴、５２…切欠穴折曲部、５３…マスク開口部、５４…ガイド穴、５５…凸部、５６…端部折曲部、５７…マスクエリア、５８…成膜安定化用開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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