JP4016223B2

JP4016223B2 - 蒸着膜形成方法

Info

Publication number: JP4016223B2
Application number: JP19216597A
Authority: JP
Inventors: 基史田島; 健人中井; 芳昭櫻井
Original assignee: OSAKAPREFECTURAL GOVERNMENT; Hochiki Corp
Current assignee: OSAKAPREFECTURAL GOVERNMENT; Hochiki Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JPH1136062A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
匂い香りを計測するためのガスセンサとして、金属酸化物を感応膜として用い、この抵抗変化を利用した方式のものが知られている。このような構造のセンサは、匂い香りの強弱については検出可能であるが、ガスの選択性に乏しく、匂い香り成分の判別が困難である。又、感応膜としては、通常、酸化物の焼結体を用いる場合が多く、抵抗変化を検出するためには、全体を３００〜５００℃程度に加熱して使用するために、消費電力が大きいという問題点もある。
【０００３】
基板上に異なった特性の感応膜を複数個配置したセンサ素子を用いることによって、各種の匂い成分に対する選択性を向上させて、匂いの種類を判別する試みがなされているが、そのためには、種類の異なる感応膜を基板上に形成する技術が必要となる。特に、小型・低消費電力のセンサとするためには、微細な加工技術が要求される。
【０００４】
基板上に部分的に複数の微小な感応膜を形成する方法としては、ＣＶＤ法によって金属酸化物を析出させる方法が知られている。この方法では、熱分解によって原料ガスが基板上に析出するために、基板の所定の部分に薄膜を形成するためには、基板を微小領域で加熱する必要があり、一般的には、マイクロマシニングの技術を用いてマイクロホットプレートを作製した基板が用いられる。しかしながら、このようなマイクロホットプレートは現在研究段階のものであり、入手が非常に困難である。更に、原料ガスとしては、一般に有機金属や塩化物が使用されているために、これらの除外装置が必要となり、装置の設置、維持管理に多大なコスト及び労力を要するという問題点もある。
【０００５】
又、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤなどの方法で感応膜を基板全体に形成し、フォトリソグラフィの手法によって、必要な部分にフォトレジストによるエッチングレジストパターンを形成した後、エッチングによって不要部分の薄膜を剥離して所定の微小部分にのみ感応膜を形成し、更に、この工程を所定の回数繰り返すことによって、複数の感応膜を形成する方法も知られている。この方法では、通常、フォトリソグラフィは大気雰囲気中で行われるために、薄膜形成のために真空状態にする工程と、フォトリソグラフィのために大気中に基板を移動させる工程を繰り返す必要があり、非常に煩雑な操作が必要となる。
【０００６】
【発明の解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、同一基板上に複数の種類の異なる蒸着膜を形成するための簡便な方法であって、特に、複数の微小な感応膜を形成したガスセンサを高精度に形成するために適した方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した如き従来技術の課題に鑑みて鋭意研究を重ねてきた。その結果、下記の特定の工程からなる蒸着膜形成方法によれば、複数種の蒸着膜を非常に簡単に形成でき、特に、レジスト膜の形成にフォトリソグラフィの手法を用いる場合には、微細なパターンを簡単に形成することができるので、微小領域に正確に蒸着膜を形成することが可能となり、複数の感応膜を有する小型・低消費電力のガスセンサの製造方法として、非常に適した方法となることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明は、下記の蒸着膜形成方法を提供するものである。
【０００９】
１．基板の蒸着膜形成部上に、開口部を有する蒸着物質遮断用マスクの開口部を位置合わせし、該マスクを介して蒸着膜を析出させ、次いで、該マスクを移動させて他の蒸着膜形成部にマスク開口部の位置合わせし、蒸着材料を変更し、該マスクを介して他の蒸着膜を析出させる工程を所定回数行い、その後、析出した蒸着膜の最終的に蒸着膜を残存させるべき部分にレジスト膜を形成した後、不要部分の蒸着膜をエッチングし、レジスト膜を除去することを特徴とする蒸着膜形成方法。
【００１０】
２．蒸着膜がガス検知用金属酸化物感応膜であり、レジスト膜がフォトリソグラフィによって形成されたものである上記１項に記載の蒸着膜形成方法。
【００１１】
３．蒸着膜のエッチング方法がＣＨＦ₃ガスを用いる反応性イオンエッチング法であり、レジスト膜の除去方法が酸素ガスを用いる反応性イオンエッチング法である上記１項又は２項に記載の蒸着膜形成方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の蒸着膜形成方法について、本発明方法の製造工程の概要を示す図１を参照しつつ説明する。
【００１３】
本発明の方法では、まず、図１（ａ）に示す様に、開口部を有する蒸着物質遮断用マスク１を用い、蒸着材料と基板２の間に該マスク１を設置し、基板上の蒸着膜を形成すべき部分に該マスク１の開口部を位置合わせし、所望の蒸着材料をマスク１を介して真空蒸着によって析出させて蒸着膜Ａを形成する。形成された蒸着膜は、後工程で不要部分がエッチング除去されるので、この工程では、目的とする蒸着膜形成部分よりも広い範囲に蒸着膜を析出させることができる。
【００１４】
蒸着物質遮断用マスク１としては、蒸着材料が基板に析出することを防止できるものであれば、特に限定なく使用できるが、通常は、耐久性などの点から、ステンレス等の金属製マスクを用いることが好ましい。又、基板を加熱する場合には、熱膨張係数が基板に近いマスク材料を用いることが好ましく、例えば、基板材料としてＳｉを用いる場合には、４２アロイ（Ｎｉ−４２％・Ｆｅ−５８％）を用いることが好ましい。
【００１５】
基板２の種類は特に限定的ではなく、蒸着膜の使用目的に応じて適当なものを選択すれば良い。匂い香り等を検知するためのガスセンサとして用いる場合には、形成すべき感応膜の種類、感応膜の加熱手段、検出手段などに応じて適宜適切な基板を選択すればよく、例えば、Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃などを下地としてこの表面に下地の影響を遮断するためにＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄などの層を形成したものを基板とすることができる。特に、基板にＳｉを用い、Ｓｉの異方性エッチングの手法により複数の微小なブリッジ状のパターンを形成してマイクロヒータとし、このマイクロヒータ部分に本発明方法によって感応膜を形成する場合には、ヒータの加熱を微小領域に限定でき、他の加熱部からの熱の拡散を抑えることが可能となり、熱容量が微小となって、低消費電力のセンサとすることができる。
【００１６】
蒸着材料としては、通常の真空蒸着によって析出させることができるものであれば特に限定なく使用でき、例えば、金属、金属酸化物、導電性ポリマー等を蒸着材料とすることができる。匂い香りの検出のためのガスセンサでは、通常、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、これらの複合酸化物などを用いることができる。
【００１７】
真空蒸着の方法は、蒸着材料に応じた公知の条件とすればよく、通常、所定の真空度とした真空装置中で、電子ビーム加熱、抵抗加熱などの方法で蒸着材料を所定の温度に加熱して、基板上に蒸着させればよい。
【００１８】
次いで、この蒸着物質遮断用マスク１と基板２との相対位置を移動させて、マスク１の開口部を他の蒸着膜を形成すべき部分に位置合わせした後、蒸着材料を変更して、他の蒸着材料をマスク１を介して真空蒸着によって析出させて蒸着膜Ｂを形成する。
【００１９】
更に、蒸着物質遮断用マスク１の開口部を他の蒸着膜を形成すべき部分に移動させて、所定回数この方法を繰り返すことによって、図１（ｂ）に示すように、基板上の所定の部分に複数の蒸着膜を析出させることができる。
【００２０】
次いで、図１（ｃ）に示す様に、上記図１（ｂ）に示した工程で析出した蒸着膜の最終的に蒸着膜を残存させるべき部分にレジスト膜３を形成する。レジスト膜自体は、微小なパターンを形成することが可能であって、後述する蒸着膜の不要部をエッチングする工程において、レジスト膜を形成した部分の蒸着膜をエッチングから保護でき、更に、その後のレジスト膜の除去工程において、簡単に取り除くことができるものであれば、特に限定なく使用できる。レジスト膜の膜厚は、エッチングの際に、蒸着膜を保護できる厚さに適宜設定すればよい。
【００２１】
本発明では、特に、微細なパターンを精度良く簡単に形成できる方法であるフォトリソグラフィの手法を用いることが好ましい。フォトリソグラフィーは公知の方法であり、通常の条件に従ってレジスト皮膜を形成すれば良い。具体的には、フォトレジストと称される感光性材料の薄膜を基板に塗布し、所定のパターンを形成したマスクを介して可視光又は紫外線を基板に露光した後、現像処理を行って所定のレジストパターンを形成すればよい。フォトレジストには、現像液に不溶なものが露光した部分のみ可溶に変化するポジ型レジストと、現像液に可溶なものが露光した部分のみ重合して不溶に変化するネガ型レジストがあり、いずれも使用できる。
【００２２】
レジスト膜形成後、レジスト膜を形成していない部分の蒸着膜をエッチングによって除去する。エッチング方法については特に限定はなく、不要部分の蒸着膜をエッチング除去することが可能であって、その際に、レジスト膜が完全にエッチングされることなく下地の蒸着膜を保護でき、しかも基板表面の損傷も少ない方法を適宜採用すればよい。具体的には、レジスト膜、蒸着膜、基板等の種類に応じて、公知のウエットエッチング法又はドライエッチング法から適宜適当な方法を採用すればよい。
【００２３】
本発明での使用に適するエッチング法の具体例として、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を挙げることができる。この方法は、エッチング室内に設置された電極上に基板を置いて、反応性ガスプラズマを利用してドライエッチングする方法である。ＲＩＥ法によれば、蒸着膜が金属酸化物である場合に、例えば、ガスとしてＣＨＦ₃を用いることによって、蒸着膜を優先的にエッチングすることが可能となり、特に、基板の表面がＳｉ、Ｓｉ₃Ｎ₄等の場合には、エッチングによる基板の損傷が非常に少ない点で有利である。ＲＩＥ法の具体的な操作条件については、蒸着膜のエッチング速度とレジスト膜のエッチング速度の比率に応じて、蒸着膜の不要部分が完全にエッチングされる前に、レジスト膜がエッチング除去されないように適切な条件を設定すれば良い。
【００２４】
上記した方法で不要部分の蒸着膜をエッチングした後、レジスト膜を除去することによって、図１（ｄ）に示すように、複数の種類の蒸着膜を所定の部分に形成した基板を得ることができる。
【００２５】
レジスト膜の除去方法については特に限定はなく、レジスト膜の種類に応じて、公知の剥離液を用いて湿式で溶解又は膨潤させて除去するか、或いは、適当なドライエッチングの手法を用いて除去すればよい。例えば、フォトリソグラフィで形成したレジスト膜は、通常、酸素ガスプラズマを用いてＲＩＥ法により除去可能であり、蒸着膜のエッチングとレジスト膜の除去をいずれもＲＩＥ法で行う場合には、使用ガス、エッチング条件等を変更するだけで、連続処理が可能となる。
【００２６】
その後、必要に応じて、熱処理を行うことによって、目的とする複数の蒸着膜を形成した基板を得ることができる。
【００２７】
本発明方法によれば、真空蒸着装置中でマスクを移動させて蒸着することによって、真空状態を維持したまま、連続的に複数の蒸着膜を形成することが可能である。しかも、必要な種類の蒸着膜を形成した後レジストパターンを形成するので、一度にレジスト膜のパターンニングができ、処理工程が非常に簡便になる。
【００２８】
又、最終的に目的とする蒸着膜形成部分をレジスト膜によってパターンニングするので、高精度の微小パターンを簡単に形成できるフォトリソグラフィの手法を利用可能であり、高精度のレジストパターンを簡単に形成できる点で有利である。
【００２９】
又、本発明方法では、蒸着膜を析出させた後、後工程でレジスト膜を形成して不要部分の蒸着膜をエッチング除去するために、最終的に蒸着膜を形成すべき部分よりも広い範囲に蒸着膜が析出しても何等弊害がない。このため、蒸着物質遮断用マスクの開口部は、最終的に目的とする蒸着膜の形成部よりも大きくすることができ、微小な蒸着膜を形成する場合であっても、マスクの加工精度を高くする必要がなく、安価にマスクを製造することができ、またマスクの開口部の位置合わせも容易である。特に、マスクは蒸着材料が付着するために消耗品であり、又、蒸着膜の形状に応じてマスクを変更する必要があるので、低コストでマスクを得られる点は非常に有利である。
【００３０】
本発明方法は、特に、複数の微小な感応膜を同一基板上に形成することが望まれる匂い香りを検出するためのガスセンサの作製に適する方法であるが、これに限定されるものではなく、その他に、例えば、湿度センサ、溶液センサ等の化学センサ、赤外線センサ、放射線センサ、軟Ｘ線センサ等の光検出器等の作製にも有効に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の蒸着膜形成方法によれば、真空状態を維持したまま連続的に複数の蒸着膜を形成することが可能であり、また、レジストパターンを一回のパターンニングで形成できるので、非常に簡単な工程で複数の蒸着膜を形成することができる。又、蒸着膜を析出させた後に、レジスト膜を形成して不要部分の蒸着膜をエッチング除去するので、蒸着膜を正確に膜形成位置にのみ析出させる必要がなく、蒸着物質遮断用マスクの開口部が蒸着膜の形成部よりも大きくてもよく、安価にマスクを製造でき、マスクの開口部の位置合わせも容易である。
【００３２】
特に、レジスト膜を形成する方法として、フォトリソグラフィの手法を採用する場合には、高精度の微小パターンを簡単に形成できるので、本発明の工程との組合せによって、複数の微小な感応膜を同一基板上に形成することが望まれるガスセンサの作製に非常に適する方法となる。
【００３３】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
【００３４】
実施例１
Ｓｉウエハおよび表面に形成した厚さ１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄層からなる基板、及び４２アロイ（大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ）に直径１５０μｍの開口部を１４４個（６×２４）設けた蒸着物質遮断用マスクを準備し、下記の工程によって、基板上の所定の部分にＳｎＯ₂、ＺｎＯ₂、ＴｉＯ₂及びＷＯ₃の４種の薄膜を形成した。
【００３５】
真空蒸着装置としては、図２に示す構造の真空蒸着装置を用いた。この真空蒸着装置は、真空容器４の内部底部に真空蒸着用の蒸発装置５を４個設置し、それぞれ電子ビーム加熱及び抵抗加熱が可能な構造としたものであり、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂及びＷＯ₃の４種類の材料を、それぞれ異なる蒸発装置５に入れた。
【００３６】
更に、該蒸発装置５の上方には、シャッター６を可動的に設け、シャッター６を閉じた状態で、膜厚モニターで蒸着速度が所定の値で安定していることを確認した後、シャッターを開けて基板上に蒸着を行なった。
【００３７】
該真空容器４の内部には、基板用支持治具７と蒸着物質遮断用マスク用支持治具８からなるマスク位置設定機構を設置し、基板支持治具７は固定式とし、マスク支持治具８は、移動範囲１０ｍｍ、精度１０μｍでＸＹ方向にマスクを移動可能で、回転機構によりΘ方向にも移動可能な構造とした。基板は、４００℃まで加熱可能な構造とした。
【００３８】
更に、該真空容器４には、該マスク像の容器外への導出手段９として、傾斜して設置したミラーと容器側面にマスク像通過用窓部を設け、送りネジによる移動機構１０によって、蒸着時にはミラーを蒸着の障害とならない位置に移動可能とした。また、マスク像モニター手段１１として顕微鏡及びＣＣＤカメラを設置した。
【００３９】
この真空蒸着装置に蒸着物質遮断用マスク１及び基板２を設置し、ターボ分子ポンプとロータリーポンプの組合せで、真空容器内の真空度を５×１０^-7Torrとした後、顕微鏡及びＣＣＤカメラによるマスクの拡大像をモニター画面で観察しながら、マスクの開口部を基板の蒸着膜形成部分に位置合わせし、ＳｎＯ₂を蒸着速度０．１ｎｍ／秒で３００ｎｍ蒸着した。その後、マスクの拡大像を観察しながら、ＸＹステージによりマスクの開口部を基板の別の蒸着膜形成部分に位置合わせし、ＺｎＯを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で３００ｎｍ蒸着した。更に、同様の操作を繰り返して、ＴｉＯ₂及びＷＯ₃をそれぞれ所定の位置に３００ｎｍ蒸着した。
【００４０】
この様にして４種類の蒸着膜を形成した基板を蒸着装置から取り出し、フォトリソグラフィー用のポジ型レジスト塗料（東京応化製、ＯＦＰＲ８００）をスピンコート（４０００ｒｐｍ）によって、厚さ１μｍに塗布した。その後、１１０℃で２分間加熱した後、露光用パターンをこの上に置いて、紫外線露光装置で波長４０５ｎｍ、光強度３０ｍＷ／ｃｍ²の条件で３．０秒間露光した。その後、現像液（東京応化製、ＮＭＤ−３）中に、室温で２分間浸漬して現像を行い、上記で形成したそれぞれの直径１５０μｍの各蒸着膜上に大きさ２０μｍ×２０μｍのレジスト膜が残るレジストパターンを形成した。
【００４１】
次いで、この基板を印加周波数１３．５６ＭＨｚの平行平板型の反応性イオンエッチング装置に入れて、ＣＨＦ₃ガスを用い、流量１５ｃｃ／分、ＲＩＥチャンバー圧力２５ｍＴｏｒｒ、基板温度３０℃、ＲＦ出力１００Ｗの条件で１５分間反応性イオンエッチングを行い、レジスト膜を形成していない部分の蒸着膜をエッチング除去した。その後、同じ反応性イオンエッチング装置中で、Ｏ₂ガスを用い、流量１００ｃｃ／分、ＲＩＥチャンバー圧力３００ｍＴｏｒｒ、基板温度３０℃、ＲＦ出力１００Ｗの条件で１０分間反応性イオンエッチングを行い、レジスト膜を灰化して除去した。
【００４２】
得られた基板では、レジスト膜のパターンと同じ、大きさ２０μｍ×２０μｍの蒸着膜が所定の位置に５７６個（２４×２４個）正確に形成されていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の製造工程の概要を示す図面
【図２】真空蒸着装置の断面図
【符号の説明】
１蒸着物質遮断用マスク２基板
３レジスト皮膜４真空容器
５蒸発装置６シャッター
７基板用支持治具８蒸着物質遮断用マスク用支持治具
９マスク像導出手段１０導出手段の移動機構
１１モニター手段

Claims

基板の蒸着膜形成部上に、開口部を有する蒸着物質遮断用マスクの開口部を位置合わせし、該マスクを介して蒸着膜を析出させ、次いで、該マスクを移動させて他の蒸着膜形成部にマスク開口部の位置合わせし、蒸着材料を変更し、該マスクを介して他の蒸着膜を析出させる工程を所定回数行い、その後、析出した蒸着膜の最終的に蒸着膜を残存させるべき部分にレジスト膜を形成した後、不要部分の蒸着膜をエッチングし、レジスト膜を除去することを特徴とする蒸着膜形成方法。
蒸着膜がガス検知用金属酸化物感応膜であり、レジスト膜がフォトリソグラフィによって形成されたものである請求項１に記載の蒸着膜形成方法。
蒸着膜のエッチング方法がＣＨＦ₃ガスを用いる反応性イオンエッチング法であり、レジスト膜の除去方法が酸素ガスを用いる反応性イオンエッチング法である請求項１又は２に記載の蒸着膜形成方法。