JP4148658B2

JP4148658B2 - パターン形成方法

Info

Publication number: JP4148658B2
Application number: JP2001119546A
Authority: JP
Inventors: 均井上
Original assignee: 財団法人かがわ産業支援財団
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002313750A

Description

【０００１】
【産業の属する技術分野】
本発明は、パターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種材料を利用する場合、単なるバルク体や薄膜ではなく、任意の形状にパターン化されたものが必要になることが多い。例えば、半導体デバイスのトランジスタやキャパシタなどの素子、各種ディスプレイの画素、圧電アクチュエーター、マイクロマシンの部品などを製造する場合、有機材料、無機材料、あるいはこれらの複合材料を、目的に応じて数ミルメートルからサブミクロンのオーダーのピッチでパターン化することが要求される。
パターン形成の手法としては、半導体デバイスで一般的なリソグラフィー技術や、スクリーン印刷、サンドブラスト、イオンエッチングなどが知られている。
【０００３】
リソグラフィー技術ではサブミクロンピッチのパターン形成が可能である。しかし材料の製膜はＣＶＤなどのドライプロセスが主に用いられ、材料そのものの加工はレジストパターンをマスクにしたエッチングによるので、対応可能な厚さもサブミクロンで、１μｍ以上の厚膜のパターン形成は困難である。
スクリーン印刷では、例えば特開２０００−１６８２５７号公報に開示されているように孔を開けたマスクの上から材料粒子のペーストを注入するので、厚膜化は容易である。しかし、粒子を用いる方法では微小パターンへの注入は困難で、特に材料そのものを液体化しにくい無機材料に関しては、１００μｍ以下のピッチのパターン形成は難しい。
【０００４】
粒子のペーストに代えて液体状の無機材料である金属アルコキシドやその溶液を用いるゾルゲル法もあるが、ミクロンオーダーの微細ピッチのパターンに対応しやすい反面、アルコキシドの反応性の高さなどから膜厚はサブミクロンに制限されることが一般的に知られている。
特開平１０−０９２７７５号公報などに開示されているサンドブラスト法や機械加工によるパターン形成も可能であるが、機械的に材料を削り取るこれらの手法では、やはり１００μｍ以下のピッチの微細パターンは困難である。また、特開２０００−０２４５８０号公報の、凹部を設けた基体に材料を埋め込んだ後に目的の基板に転写する方法や、特開２０００−３４８６０７号公報の、硬化前の材料に冶具を押し付けて型を取る方法などが厚膜パターン形成方法として開示されているが、同様に微細パターンには対応できない。
レーザー加工やイオンエッチングなどの手法は微細な厚膜パターンを形成できるが、多大な時間とコストを要し、汎用的な手法とは言い難い。
以上のように、１００μｍ以下のピッチで、ミクロンオーダーの厚膜パターンを容易に形成できる手法は存在しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、１００μｍ以下の微細ピッチの領域で、ミクロンオーダーの厚さを有するパターンを容易に形成できる手法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基体上に所望の形状に孔を開けたマスクを設け、マスクの上から物質を付着させることによりマスクの孔の形状通りのパターンを形成するに当たり、該物質を超臨界流体または亜臨界流体に溶解させて微小孔から基体に向けて噴射することを特徴とするパターン形成方法を要旨としている。
【０００７】
超臨界流体または亜臨界流体として超臨界状態または亜臨界状態の二酸化炭素を用いており、その場合、本発明は、基体上に所望の形状に孔を開けたマスクを設け、マスクの上から物質を付着させることによりマスクの孔の形状通りのパターンを形成するに当たり、該物質を超臨界状態または亜臨界状態の二酸化炭素に溶解させて微小孔から基体に向けて噴射することを特徴とするパターン形成方法を要旨としている。
【０００８】
超臨界流体または亜臨界流体に溶解させる物質が金属アルコキシドまたは金属錯体であり、その場合、本発明は、基体上に所望の形状に孔を開けたマスクを設け、マスクの上から金属アルコキシドまたは金属錯体を付着させることによりマスクの孔の形状通りのパターンを形成するに当たり、金属アルコキシドまたは金属錯体を、超臨界流体または亜臨界流体、より具体的には超臨界状態または亜臨界状態の二酸化炭素に溶解させて微小孔から基体に向けて噴射することを特徴とするパターン形成方法を要旨としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
超臨界または亜臨界状態にするガスとしては、二酸化炭素、トリフロロメタン、脂肪族炭化水素類、アルコール類などが利用可能である。比較的温和な条件で超臨界または亜臨界状態となり、無害であることなどを考慮して、二酸化炭素が特に好適に用いられるが、溶解させる物質に応じて適宜選択すればよいが、超臨界状態または亜臨界状態の二酸化炭素が好ましい例として例示される。二酸化炭素は３１℃、７．３７ＭＰａ以上の条件で、気体と液体の区別がなくなる超臨界状態となる。この超臨界状態、あるいは、上記の温度、圧力よりも低いがこれに近い温度、圧力にある亜臨界状態の二酸化炭素は、気体に匹敵する高い拡散係数を持ちながら、液体に近い密度を有し、種々の物質を溶解できる。
【００１０】
超臨界または亜臨界流体に溶解させる物質としては、種々のポリマー、モノマー等の有機物、金属アルコキシド、金属錯体あるいはこれらの混合物が用いられる。特に、他の方法では利用が難しい金属アルコキシドや金属錯体も、本発明によれば好適に用いることができる。金属アルコキシドや金属錯体は液体あるいは溶液化できる無機原料としてゾルゲル法などによる無機合成に用いられているが、反応性が高く、空気中の水分などで容易に分解するため、扱いに注意を要する物質である。この金属アルコキシドを超臨界または亜臨界流体に溶解させて微小孔から噴射することで、金属酸化物のパターンを形成することができる。超臨界または亜臨界流体に溶解している状態では金属アルコキシド等は流体で十分に希釈されているので、分解は起こりにくく、安定に保管できる。またこれを微小孔から噴射した際には、析出した金属アルコキシド等は気化した流体に保護された状態で基体に到達し、ここで初めて分解、固化するので、通常のスプレー塗布のように、途中で分解してしまうこともなく、密着性のよい良質の膜が得られる。
一般的なゾルゲル法では、塗布した金属アルコキシド等の溶液を乾燥させる際に亀裂が生じやすいため、厚膜化が困難になるが、本発明では主溶媒は超臨界または亜臨界流体であり、噴射と同時に飛散するため、このような問題も生じない。
【００１１】
パターンを形成する基体は金属、ガラス、プラスチック等、目的に応じて種々の物が用いられる。また、溶媒に溶解するポリマーやこれを金属やガラス表面に塗布したもの、あるいはハロゲン化アルカリなどを基体に用いると、パターン形成後にポリマーやハロゲン化アルカリを水や溶媒に浸して溶解除去することで、単独のパターン化材料を回収することもできる。特にハロゲン化アルカリを基体に用いれば、高温で熱処理した後にパターンを回収することも可能になる。
【００１２】
本発明の実施形態について説明する。図１は本発明を実施する際に用いる装置例の概略図である。ボンベ１から供給された超臨界または亜臨界にするガスは高圧ポンプ２によって昇圧され、保圧弁３により一定圧力を維持された状態で、目的物質またはその前駆体が入れられた溶解槽４に送られる。溶解槽４はヒーター５によって所定温度に昇温されているので、ここでガスは超臨界、または亜臨界の状態となり、目的物質またはその前駆体を溶解する。溶解槽４内の圧力は圧力計６によってモニターされている。バルブ７を開くと、加圧状態にある溶解槽４内の流体が、微細な孔をあけた部品８を通して基体９上に噴射される。基体９上には所望の形状に孔を開けたマスク１０が乗せてあり、マスク１０の孔の部分にのみ基体９上に目的物質が付着し、パターンが形成される。溶解槽４からバルブ７を経て微細な孔をあけた部品８に至る経路や各部品、基体９および高圧ポンプ２から溶解槽４に至る経路についても、必要に応じてヒーターによって加熱できる。
一般に溶解槽の温度、圧力を変えると超臨界または亜臨界流体の物質溶解能力は変化するので、用いる物質に応じて温度、圧力は適当に設定すればよい。溶解槽４に入れる物質の量は必要な塗布膜厚に応じて調整すればよく、厚く塗布する必要がある時には多く、薄い塗布膜が必要な時には少なくする。
【００１３】
【作用】
高圧、高密度の超臨界流体は物質溶解能力が高く、種々の目的物質、あるいはその前駆体を溶解することができる。これを微小孔から噴射すると、急激な膨張とそれに伴う圧力低下が起こり、流体の物質溶解能力が急減するので、それまで溶解していた溶質が微小粒子として析出し、基体に付着する。析出する粒子は極めて微細で、高速の流体の流れに乗って基体に吹き付けられるので、微細なマスクパターンの細部にまで入り込み、正確なマスクパターンの転写が可能になる。また、溶剤として働いていた流体は噴射と同時に気化、飛散するので、基体に付着するのは目的物質のみとなり、基体上で液が流れることもなく、厚膜パターンが形成できる。
一般的なゾルゲル法では、塗布した金属アルコキシド等の溶液を乾燥させる際に亀裂が生じやすいため、厚膜化が困難になるが、本発明では主溶媒は超臨界または亜臨界流体であり、噴射と同時に飛散するため、このような問題も生じない。
【００１４】
【実施例】
本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
容量５００ｃｍ３のステンレススチール製の溶解槽にチタンテトライソプロポキシドの１０％イソプロパノール溶液を入れ、４５℃で、１０ＭＰａの二酸化炭素を導入し、温度、圧力を一定に保ち１時間撹拌した。ガラス板に銅製の２００メッシュの網状マスク（網を構成する銅の幅約２０μｍ、孔部分は一辺約１００μｍの正方形）を乗せて３００℃に加熱しておき、これに向けて内径０．４５ｍｍのノズルを通して、１０ｃｍの距離から１０分間、流体を噴射した。ガラス板からマスクを除いたところ、厚さ２μｍ、一辺約１００μｍの正方形の形状に、チタン酸化物のパターンが形成できていた。
【００１６】
実施例２
銅製の４００メッシュの網状マスク（網を構成する銅の幅約２０μｍ、孔部分は一辺約４０μｍの正方形）を用いて実施例１と同様にしてパターンを形成した。マスクのサイズが小さくなっっても、実施例１と同様に、チタン酸化物のパターンが得られた。
【００１７】
実施例３
容量５００ｃｍ３のステンレススチール製の溶解槽にチタンテトラエトキシドの１０％エタノール溶液を入れ、実施例１と同様にしてパターンを形成した。得られたチタン酸化物のパターンの厚さは約１０μｍであった。
【００１８】
実施例４
容量５００ｃｍ３のステンレススチール製の溶解槽にスズテトライソプロポキシドの１０％イソプロパノール溶液を入れ、実施例１と同様にしてパターンを形成した。得られたスズ酸化物のパターンの厚さは約１μｍであった。
【００１９】
実施例５
容量５００ｃｍ３のステンレススチール製の溶解槽にテトラエチルオルソシリケートの２０％エタノール溶液と水３．４６ｇを入れ、１気圧の二酸化炭素下、４５℃で１時間撹拌した後、二酸化炭素を１０ＭＰａまで導入して、さらに１時間撹拌した。ニッケル板に銅製の２００メッシュの網状マスク（網を構成する銅の幅約２０μｍ、孔部分は一辺約１００μｍの正方形）を乗せて３００℃に加熱しておき、これに向けて内径０．４５ｍｍのノズルを通して、１０ｃｍの距離から１０分間、流体を噴射した。ガラス板からマスクを除いたところ、厚さ２μｍ、一辺約１００μｍの正方形の形状に、シリカのパターンが形成できていた。
【００２０】
実施例６
ガスとしてトリフロロメタンを用い、実施例１と同様の条件でパターンを形成した。得られたパターンは二酸化炭素を用いた場合と同様であった。
【００２１】
実施例７
マスクとして径１ｍｍの孔を開けたアルミニウム板を用い、臭化カリウムの単結晶の壁開面に乗せ、実施例１と同様にしてパターンを形成した。その後臭化カリウムの結晶ごと５００℃で２時間加熱処理し、水に浸して酸化チタンのパターンを剥離させて、径１ｍｍのアナターゼ型酸化チタンの円盤を得た。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、１００μｍ以下の微細ピッチの領域で、ミクロンオーダーの厚さを有するパターンを容易に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する際に用いる装置例の概略図である。
【符号の説明】
１ガスボンベ
２高圧ポンプ
３保圧弁
４溶解槽
５ヒーター
６圧力計
７バルブ
８微細な孔をあけた部品
９基体
１０マスク

Claims

基体上に所望の形状に孔を開けたマスクを設け、マスクの上から物質を付着させることによりマスクの孔の形状通りのパターンを形成するに当たり、該物質を超臨界流体または亜臨界流体に溶解させて微小孔から基体に向けて噴射すること、１００μｍ以下の微細ピッチの領域で、ミクロンオーダーの厚さを有する厚膜パターンを形成すること、ならびに、該物質が金属アルコキシドであることを特徴とするパターン形成方法。
超臨界流体または亜臨界流体として超臨界状態または亜臨界状態の二酸化炭素を用いる請求項１記載のパターン形成方法。