特許 7384617 有機膜のエッチング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】有機膜のエッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20231114BHJP

   H10K 50/10 20230101ALI20231114BHJP

   H05B 33/10 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 201A

H05B33/14 A

H05B33/10

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019191758

(22)【出願日】2019-10-21

(65)【公開番号】P2021068773

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-08-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】北沢 僚也

(72)【発明者】

【氏名】山本 晃平

【審査官】小▲高▼ 孔頌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１９２８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１９３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２０９１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０１３４５１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ１０Ｋ ５０／１０

Ｈ０５Ｂ ３３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機膜をエッチングするためのエッチング方法であって、
エッチングしようとする有機膜の部分に超臨界流体を供給して有機膜を形成する有機材料を溶解させ、この有機材料が溶解した超臨界流体を排出する工程を含み、
有機膜に形成しようとするパターンに応じて、表面に超臨界流体の滞留空間が設けられる滞留板を用い、この滞留板と被処理基板表面の有機膜とを密着させ、この状態で滞留板の凹溝に、超臨界状態となった所定のガスを滞留させるか、または、凹溝内の圧力を所定のガスの臨界圧力以上となるまで当該ガスを導入して加熱することを特徴とする有機膜のエッチング方法。

【請求項2】

有機材料が溶解した超臨界流体の温度及び圧力の少なくとも一方を変化させて超臨界流体を気化させて有機材料を析出させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の有機膜のエッチング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機膜形成方法及び有機膜のエッチング方法に関し、より詳しくは、超臨界流体を利用して、例えば有機ＥＬ素子の製造に利用される有機膜をエッチングによりパターニング形成するものに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造工程においては、ガラスや樹脂といったシート状または板状の基板（被処理基板）の一方の面（成膜面）に、発光層としての有機膜や有機多層膜をパターニング形成する工程がある。このような有機膜や有機多層膜を高精細度にパターニング形成する方法の一つとして、マスクプレートを用いた真空蒸着法が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。このものは、真空チャンバを備え、その内部には、加熱により蒸着材料（有機材料）を昇華または気化させる蒸着源と、蒸着源に対して基板を真空チャンバ内の一方向に相対移動させる移動手段とが設けられる。

【0003】

蒸着源と基板との間には、昇華または気化した有機材料の基板の一方の面に対する付着範囲を制限するマスクプレートが設けられている。マスクプレートとしては、基板に成膜しようとするパターンに応じて、板厚方向に貫通する複数の微細な透孔が開設された箔状のものが利用され、蒸着源にて昇華または気化した有機材料をマスクプレート越しに基板の成膜面に付着（堆積）させることで、有機膜や有機多層膜が高精細度に所定のパターンで成膜される。

【0004】

ところで、近年、処理すべき基板が大型化しており、これに伴い、マスクプレートも大型化すると共に、所謂マスクボケが生じないように数十μｍ～数百μｍの板厚である箔状のものが利用されるようになっている。このような基板やマスクプレートを真空チャンバ内で蒸着源の上方空間に設置した場合、基板とマスクプレートとにはその自重による撓みが夫々発生し、このような撓みは、基板毎に、または、マスクプレートの使用回数により変わる。このため、基板とマスクプレートとを再現性よくアライメントすることが困難であるという問題がある。このことから、マスクプレートを利用せずに、有機膜や有機多層膜をパターニング形成できる技術の開発が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－１３３９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、マスクプレートを用いることなく、被処理基板に高精度に有機膜をパターニング形成できる有機膜形成方法及び有機膜のエッチング方法を提供することをその課題とする。

【0007】

上記課題を解決するために、被処理基板表面に有機膜をパターニング形成するための本発明の有機膜形成方法は、被処理基板表面に有機膜を成膜する成膜工程と、有機膜の部分をエッチングするエッチング工程とを含み、エッチング工程が、パターンに応じてエッチングしようとする有機膜の部分に超臨界流体を供給して有機膜を形成する有機材料を溶解させる第１工程と、この有機材料が溶解した超臨界流体を排出する第２工程を更に含むことを特徴とする。

【0008】

また、上記課題を解決するために、有機膜をエッチングするための本発明のエッチング方法は、エッチングしようとする有機膜の部分に超臨界流体を供給して有機膜を形成する有機材料を溶解させ、この有機材料が溶解した超臨界流体を排出する工程を含み、有機膜に形成しようとするパターンに応じて、表面に超臨界流体の滞留空間が設けられる滞留板を用い、この滞留板と被処理基板表面の有機膜とを密着させ、この状態で滞留板の凹溝に、超臨界状態となった所定のガスを滞留させるか、または、凹溝内の圧力を所定のガスの臨界圧力以上となるまで当該ガスを導入して加熱することを特徴とする。

【0010】

以上によれば、エッチングしようとする有機膜の部分に供給された超臨界流体に、有機膜を形成する有機材料が溶解することで、有機膜の部分をエッチングすることができる。これによれば、有機膜を所定のパターンに応じてエッチングできるため、マスクプレートを用いることなく、被処理基板に高精度に有機膜をパターニング形成することができる。また、超臨界流体は、比較的低温（例えば二酸化炭素の超臨界流体の場合は約４０℃～５０℃）にて有機材料を溶解できるため、熱的安定性の低い有機材料からなる有機膜をエッチングする場合でも、熱分解によって有機材料が劣化するのを抑制することができる。

【0011】

また、本発明において、有機材料が溶解した超臨界流体の温度及び圧力の少なくとも一方を変化させて超臨界流体を気化させて有機材料を析出させる工程を更に含むことが好ましい。これによれば、有機材料が溶解した超臨界流体の温度及び圧力の少なくとも一方を臨界温度以下又は臨界圧力以下に変化させて、超臨界流体を気体に状態変化させることで、超臨界流体に溶解していた有機材料を析出させて分離できるため、有機材料を効率よく回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の模式断面図。

【図2】本発明の実施形態のエッチング方法を説明する模式的断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、被処理基板を矩形の輪郭を持つ所定厚さのガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗの一方の面に有機膜Ｏｆをパターニング形成する場合を例に本発明の有機膜形成方法及びエッチング方法を説明する。以下においては、基台４から基板Ｓｗに向かう方向を上とし、「上」、「下」といった方向を示す用語は図１を基準として説明する。

【0014】

図１を参照して、Ｅｍは、基板Ｓｗ表面にその略全面に亘って成膜された有機膜Ｏｆを部分的にエッチングしてパターニングするためのエッチング装置である。エッチング装置Ｅｍは、密閉可能な処理チャンバ１を備え、処理チャンバ１の上部空間には、有機膜Ｏｆが成膜された基板Ｓｗをその成膜面を下方に向けた姿勢で保持する保持板２１が設けられている。なお、保持板２１への基板Ｓｗの保持方法は、クランプを用いるものなど公知の方法が利用できる。保持板２１には、直動モータやエアーシリンダ等で構成される駆動手段２２の駆動軸２２ａが連結され、処理チャンバ１内で保持板２１、ひいては基板Ｓｗを所定のストロークで昇降でき、保持板２１を下降させたときには、基板Ｓｗの有機膜Ｏｆを後述の滞留板３の上面３１に圧接させることができるようにしている。

【0015】

処理チャンバ１の底面には、円筒形状の輪郭を持つ金属製の基台４が設置され、基台４の上面４１には、超臨界流体Ｓｆを滞留させる滞留板３が位置決め固定されている。滞留板３としては、超臨界流体Ｓｆで溶解されないものであれば特に制限はなく、例えばシリコン、樹脂、ゴム等の材料で構成できる。また、滞留板３の上面３１には、有機膜Ｏｆに形成しようとする所定のパターンに応じて、超臨界流体Ｓｆの滞留空間Ｒｓとしての凹溝３２が凹設されている。凹溝３２の形成には、例えば、リソグラフィ法が好適に用いられるが、例えば、レーザー加工法により成形することができる。滞留板３にはまた、凹溝３２に連通する連通路３３が形成されている。

【0016】

一方、基台４内には、加熱手段４２が組み込まれ、凹溝３２内に導入された炭酸ガスを臨界温度以上（例えば、４０℃以上）に加熱できるようになっている。加熱手段４２としては、抵抗加熱式ヒータ等の公知のものを用いることができる。基台４内にはまた、滞留板３の連通路３３に連通するガス通路４３，４４が設けられ、ガス通路４３の流入口４３ａには、処理チャンバ１の底面を貫通してのびる導入管５が、また、ガス通路４４の流出口４４ａには、処理チャンバ１の底面を貫通してのびる排出管６が夫々接続されている。導入管５は、マスフローコントローラ５１を介設して図外の炭酸ガスのガス源に連通し、凹溝３２と有機膜Ｏｆとで区画される滞留空間Ｒｓ内の圧力が所定の圧力（臨界圧力以上、例えば７ＭＰａ）になるまで炭酸ガスを導入することができる。排出管６は、開閉バルブ６１を介して回収チャンバ６２に接続されている。そして、有機膜Ｏｆをエッチングした後、開閉バルブ６１を開けることで、有機材料Ｏｍが溶解した超臨界流体Ｓｆを回収チャンバ６２へと排出できるようにしている。

【0017】

回収チャンバ６２には、真空ポンプＰからの排気管Ｐ１が接続され、大気圧より低い所定圧力までその内部を排気できるようにしている。また、回収チャンバ６２内には、上面を開放した回収容器６３が設けられている。この場合、排出管６の先端部６ａは、回収チャンバ６２の内部まで突出させ、この突出した先端部６ａが回収容器６３に向けて後述の有機材料Ｏｍが溶解した超臨界流体Ｓｆを噴射できるようになっている。なお、本実施形態では、真空ポンプＰを用いるものを例に説明するが、圧力を臨界圧力以下に減圧できる減圧装置や温度を臨界温度以下まで冷却できる冷却装置を回収チャンバ６２自体に設けて、超臨界流体Ｓｆを気化させるように構成することもできる。以下、図２も参照して、上記エッチング装置Ｅｍを利用して、基板Ｓｗの一方の面に有機膜Ｏｆをパターニング形成する手順を具体的に説明する。

【0018】

先ず、図外の真空成膜装置を用いて、基板Ｓｗの一方の面にその略全面に亘って所定の膜厚で有機膜Ｏｆを成膜する。有機膜Ｏｆの成膜としては、真空蒸着法やスパッタリング法など公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、有機膜Ｏｆが成膜された基板Ｓｗを保持板２１にセットする。このとき、処理チャンバ１の基台４の上面４１には、滞留板３が予めセットされ、また、開閉バルブ６１は閉状態となっている。更に回収チャンバ６２は、真空ポンプＰにより真空排気されて大気圧より低い所定圧力となっている。そして、基板Ｓｗが保持板２１にセットされると、駆動手段２２により保持板２１が下動され、基板Ｓｗに成膜された有機膜Ｏｆが滞留板３の上面３１に圧接される。これにより、凹溝３２と有機膜Ｏｆとで区画される滞留空間Ｒｓが形成される（図２（ａ）参照）。

【0019】

次に、マスフローコントローラ５１を制御して導入管５を介して滞留空間Ｒｓ内の圧力が７ＭＰａ以上になるまで炭酸ガスを導入し、加熱手段４２により導入された炭酸ガスの温度が４０℃～５０℃になるまで加熱する（滞留空間Ｒｓ内の圧力が７ＭＰａ以上になると、マスフローコントローラ５１を制御してガス導入が停止される）。すると、滞留空間Ｒｓ内で二酸化炭素が超臨界状態（超臨界流体Ｓｆ）となり（図２（ｂ）参照）、超臨界流体Ｓｆと接触する部分にて、有機膜Ｏｆが超臨界流体Ｓｆに溶解されていく（図２（ｃ）参照）。このとき、例えば接触時間を制御すれば、超臨界流体Ｓｆと接触する有機膜Ｏｆの部分だけを基板Ｓｗの下面が露出するまで溶解させることができる（即ち、有機膜Ｏｆがエッチングされる）。

【0020】

次に、超臨界流体Ｓｆと接触する部分にて有機膜Ｏｆが超臨界流体Ｓｆに溶解されると（即ち、予め実験的に求められる処理時間が経過すると）、開閉バルブ６１を開放する。すると、回収チャンバ６２との圧力差で超臨界流体Ｓｆと共に溶解した有機材料Ｏｍが排出管６から回収チャンバ６２内へと排出される。これにより、凹溝３２に応じたパターンが形成された有機膜Ｏｆが得られる（図２（ｄ）参照）。一方、回収チャンバ６２へと排出された、有機材料Ｏｍが溶解した超臨界流体Ｓｆは、臨界圧力以下まで減圧されることで、超臨界流体Ｓｆが気化し、超臨界流体Ｓｆに溶解していた有機材料Ｏｍが回収容器６３内に析出して残る。このため、有機膜Ｏｆからエッチングされた有機材料Ｏｍを回収することができる。

【0021】

以上の実施形態によれば、エッチングしようとする有機膜Ｏｆの部分に供給された超臨界流体Ｓｆに、有機膜Ｏｆの有機材料Ｏｍが溶解し、有機膜Ｏｆが凹溝３２のパターンに応じてエッチングされるため、マスクプレートを用いることなく、基板Ｓｗに高精度に有機膜Ｏｆをパターニング形成することができる。このとき、滞留板３は、上記従来例で使用されるマスクプレートのようにその板厚を殊更薄くする必要がなく、また、基板Ｓｗが保持板２１で保持させているため、有機膜Ｏｆをエッチングによりパターニングする際に、基板Ｓｗと滞留板３とをアライメントするような場合でも、マスクプレートを利用する上記従来例のものと比較して、精度よく且つ再現性よくアライメントすることが可能なる。更に、二酸化炭素は約４０℃～５０℃の臨界温度で超臨界流体Ｓｆとなるため、熱的安定性の低い有機材料Ｏｍからなる有機膜Ｏｆをエッチングする場合でも、熱分解によって有機膜Ｏｆが劣化するのを抑制することができる。

【0022】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、鉛直方向下方に滞留板３、その上方に基板Ｓｗが位置するものを例に説明したが、その方向はこれに限定されるものではない。また、上記実施形態では、滞留板３を用いて有機膜Ｏｆをエッチングするものを例に説明したが、形成しようとするパターンに応じて、有機膜Ｏｆに超臨界流体Ｓｆを接触させて、有機膜Ｏｆを超臨界流体Ｓｆに溶解できるものであれば、これに限定されるものではない。例えば、微細配線の形成に利用される公知のインクジェット装置を用い、形成しようとするパターンに応じて、噴射ノズルから超臨界流体Ｓｆを有機膜に向けて噴射して接触させ、この接触した部分にて有機膜Ｏｆを超臨界流体Ｓｆに溶解させることができる。この場合、滞留板３を不要にでき、有利である。

【0023】

また、上記実施形態では、所定のガスとして炭酸ガスを用いるものを例に説明したが、エタンガスやエチレンガス等を用いて、これらのガスを超臨界状態としてもよい。また、上記実施形態では、導入管５により、滞留空間Ｒｓ内の圧力が二酸化炭素の臨界圧力以上となるまで、炭酸ガスを導入するものを例に説明したが、滞留空間Ｒｓ内に予め超臨界状態となった二酸化炭素を導入することもできる。

【符号の説明】

【0024】

Ｏｆ…有機膜、Ｏｍ…有機材料、Ｓｗ…基板（被処理基板）、Ｓｆ…超臨界状態の二酸化炭素（超臨界流体）、Ｒｓ…滞留空間、３…滞留板、３２…凹溝。

【図1】

【図2】