シャドーマスクの形成方法及び半導体装置の製造方法、並びにシャドーマスク及び半導体装置
【課題】
微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクの形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、シリコン基板１１上に、薄膜パターンに応じた開口部１２０が形成されたマスク１２を形成し、当該マスク１２の開口部１２０からシリコン基板１１を露出させるステップと、当該開口部１２０から露出したシリコン基板１１に、異方性エッチングと内側壁の保護とを交互に繰り返しながら異方性エッチングによってトレンチ１３を形成するステップとを備えたものである。さらに、本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、トレンチ１３の底面に至るように、シリコン基板１１の底部を研磨し、シャドーマスクの開口部１４を形成するステップを備える。
微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクの形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、シリコン基板１１上に、薄膜パターンに応じた開口部１２０が形成されたマスク１２を形成し、当該マスク１２の開口部１２０からシリコン基板１１を露出させるステップと、当該開口部１２０から露出したシリコン基板１１に、異方性エッチングと内側壁の保護とを交互に繰り返しながら異方性エッチングによってトレンチ１３を形成するステップとを備えたものである。さらに、本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、トレンチ１３の底面に至るように、シリコン基板１１の底部を研磨し、シャドーマスクの開口部１４を形成するステップを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャドーマスクの形成方法及び半導体装置の製造方法、並びにシャドーマスク及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板等に所望の形状の薄膜を形成することによって半導体装置を製造してきた。この半導体装置の製造方法における薄膜の形成方法には、大きく二つある。一つは、フォトリソグラフィーを用いた方法であり、この方法は広く使われている方法である。基板全面に薄膜を成膜した後、感光性のレジストを塗布して、写真工程により所望のレジストパターンを作製する。その後、ウェットエッチング、もしくはドライエッチングで余分な部分の薄膜を除去し、最後にレジストを剥離すると、所望の薄膜パターンが形成される。特許文献１に、このようなフォトリソグラフィーを用いた方法の一例が開示されている。
【０００３】
このフォトリソグラフィーを用いた方法に対して、非常に簡便な方法としてシャドーマスク法がある。この方法では、例えば、所望の形状の開口部を形成されたステンレスの薄い板を基板に密着させて、全体に薄膜を成膜する。すると、ステンレスの薄板の開口部のみに薄膜が形成されるので、所望の形状の薄膜パターニングを得ることができる。この方法は、工程が非常に簡便であること、また、基板が非常に脆い場合など、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程においてダメージを受けやすい基板に薄膜をパターニングする場合に有効である。また最近では、このシャドーマスク法は、液晶基板など大面積基板への薄膜形成にも使われている。
【０００４】
図８に、従来のシャドーマスクの形成工程を示す断面模式図が示されている。図８に示すように、一般に、ステンレス板９０１にマスク材９０２が形成され、このマスク材９０２の開口部９０３の位置にシャドーマスクのトレンチ９０４が形成される。このとき、多くはウェットエッチングを用いたエッチング工程によって、開口部９０３から露出したステンレス板９０１がエッチングされてトレンチ９０４が形成される。このエッチング工程のウェットエッチングは等方性エッチングであるため、アスペクト比を高くするのが困難となる。アスペクト比の限界は１：１で、例えば、５０μｍ幅の線を精度良く形成しようとすると、ステンレス板の厚みは５０μｍ以下にする必要がある。さらに細かなパターンを形成しようとすると、ステンレス板の厚みが更に薄くなるため、シャドーマスク自体のハンドリングが困難となる。また、開口部の角は丸まりやすくなり、精度のよいパターニングが困難になる。
【特許文献１】特開平９−２８３４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来のシャドーマスクの形成方法においては、等方性エッチングによって開口部のトレンチが形成されるため、トレンチを精度よく形成することができないという問題があった。特に、細かなパターンを形成する場合にはマスクのハンドリングが困難となるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクの形成方法及びシャドーマスクを提供することを目的とする。
さらに、本発明の目的は、このような問題を解決することにあり、所望の形状に精度よくパターニングすることができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングと内側壁の保護とを交互に繰り返しながら異方性エッチングによってトレンチを形成するステップとを備えたものである。このような構成によって、トレンチを精度よく形成することができるので、微細なパターンを精度よくパターニングすることができる。
【０００７】
他方、本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングによって、当該基板の主面に対して略垂直なトレンチを形成するステップとを備えたものである。このような構成によって、トレンチを精度よく形成することができるので、微細なパターンを精度よくパターニングすることができる。
【０００８】
さらに、本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、前記トレンチの底面に至るように、前記基板の底部を研磨するステップを備えることができる。これにより、トレンチが貫通することによって形成されたシャドーマスクの開口部の底部の角が丸まるのを防止することができ、微細なパターンを精度のよく形成することができる。
【０００９】
さらにまた、前記トレンチは、第１のトレンチと、当該第１のトレンチよりも広く開口された第２のトレンチとを有し、前記マスクは、前記第１のトレンチの開口部と略同じ形状で開口された第１の前記開口部と、前記第２のトレンチの開口部の外周に沿って開口された第２の開口部とを有する。
【００１０】
またさらに、前記第２の開口部を、前記第１の開口部の幅と略同じ幅で、前記トレンチの外周に沿って開口された略細線状の形状とすることができる。これによって、第２の開口部によって一様なトレンチを形成することができる。
【００１１】
また、前記第１の開口部の線幅を約２５μｍ以下とすることができる。
【００１２】
好適には、前記基板をシリコン基板とすることができる。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、装置基板上に、薄膜を積層して半導体装置を製造する方法であって、前記装置基板上に、所定材料層を形成するステップと、当該所定材料層上に、請求項１乃至７のいずれかに記載の形成方法によって形成されたシャドーマスクを配設し、当該シャドーマスクの開口部から前記所定材料層を露出させるステップと、当該配設したシャドーマスク上に、金属薄膜を形成するステップとを備えたものである。このような構成において、ウェットエッチングを用いることがないので、所定材料にダメージを与えることなく、金属薄膜を所定の形状に精度よくパターニングすることができる。
【００１４】
さらに、当該半導体装置は、前記所定材料層の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置であって、前記金属薄膜は、前記熱伝導率を測定するための電圧が印加される電極パッドと、当該電極パッドよりも幅が狭く、前記熱伝導率を測定するための温度変化が検出される発熱電極とを有し、前記発熱電極をパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第１の開口部を用いて形成され、前記電極パッドをパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第２の開口部を用いて形成される。これによって、熱伝導率測定において重要な発熱電極の幅の精度を向上させることができる。
【００１５】
好適には、前記第１の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅を有し、前記第２の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅で、約数ｍｍ角の矩形の外周に沿って開口された形状を有する。
【００１６】
また、前記所定材料を多孔材料とすることができ、前記所定材料の熱伝導率を３ω法によって測定することができる。このような構成によって、トレンチを精度よく形成することができるので、微細なパターンが精度よくパターニングされたシャドーマスクを実現することができる。
【００１７】
本発明に係るシャドーマスクは、上記の形成方法によって形成されたシャドーマスクである。このような構成において、微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクを実現することができる。
【００１８】
本発明にかかる半導体装置は、上記の製造方法によって形成された半導体装置である。このような構成において、ウェットエッチングを用いることがないので、所定材料にダメージを与えることなく、金属薄膜が所定の形状に精度よくパターニングされた半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクの形成方法及びシャドーマスクを提供することができる。さらには、本発明によれば、所望の形状に精度よくパターニングすることができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。以下においては、まず本発明に係るシャドーマスクの形成方法について説明した後、このシャドーマスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
［シャドーマスクの形成方法］
まず、図１を用いて、本発明に係るシャドーマスクの形成方法について概略的に説明する。図１は、本発明に係るシャドーマスクの形成工程を示す概略断面図である。
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１１上にマスク１２を形成する。シリコン基板１１は、例えば、５００μｍの厚みを有する基板とすることができる。マスク１２は、シャドーマスクによってパターニングするパターンに応じた形状の開口部１２０を有し、この開口部１２０からシリコン基板１１の主面が露出している。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、開口部１２０から露出したシリコン基板１１の露出部分は、異方性エッチングによってエッチングされる。これによって、シリコン基板１１は、マスク１２の開口部１２０の位置において、シリコン基板１１の中途部に至る深さまで開口され、トレンチ１３が形成される。本発明に係るシャドーマスクの形成方法においては、異方性エッチングとして、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が用いられる。以下、このＤｅｅｐ ＲＩＥをＤＲＩＥと略す。
このＤＲＩＥの詳細については後述するが、ＤＲＩＥによって形成されたトレンチ１３は、アスペクト比の高く、シリコン基板１１の主面に対して垂直な溝となる。トレンチ１３は、一例として、アスペクト比が１：２０の溝となり、この場合には、トレンチ１３の開口幅が１０μｍであるのに対してトレンチ１３の深さが２００μｍとなる。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１１にトレンチ１３が形成された後、シリコン基板１１は裏面から研磨される。トレンチ１３がシリコン基板１１の中途部に至る深さを有するので、このトレンチ１３の底部まで研磨することによってトレンチ１３は貫通し、当該シャドーマスクの開口部１４が形成される。シリコン基板１１の底部を研磨することによって、貫通した開口部１４の底部の角が丸まるのを防止することができ、微細なパターンを精度よく形成することができる。
またここでは、シリコン基板１１の裏面から研磨してトレンチ１３を貫通させたが、マスク１２の厚みを厚くし、ＤＲＩＥによってシリコン基板１１を貫通させ、シャドーマスクの開口部１４を形成することも可能である。
【００２３】
続いて、図２及び図３を用いて、本発明に係るシャドーマスクの形成方法において用いられるＤＲＩＥについて詳細に説明する。
図２に、本発明におけるＤＲＩＥを説明するための図が示されている。図２（ａ）は上面模式図、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面における断面模式図である。
ＤＲＩＥとは、トレンチ１３の内側壁を保護しながら、エッチングを行う方法である。詳細には、ＤＲＩＥにおいては、エッチングとトレンチ１３の内側壁の保護とを交互に繰り返しながら、トレンチ１３を形成する。このＤＲＩＥは、ＢＯＳＣＨ社とＳＴＳ社とによって共同で開発され、一般に、ＢＯＳＣＨ（登録商標）方式、あるいはＢＯＳＣＨ（登録商標）プロセスと呼ばれることがある。
【００２４】
ここで、ＤＲＩＥによってトレンチを形成する好適な例として、開口幅が約５μｍ〜３０μｍ程度で深さが約２００μｍ程度であるようなアスペクト比が高いトレンチを用いて説明する。
図２（ａ）に示すように、本発明におけるＤＲＩＥを用いる場合には、マスク１２には、細線状に開口された開口部１２０が形成されている。この細線状の開口部１２０は、いわゆる一筆書きで形成され、細線が閉じた形状（以下、これを閉細線状と略す）を有する。換言すれば、開口部１２０は、中央部分１２１を囲んで外周に沿って形成されている。この開口部１２０の最小線幅は予め決められており、そのルールでＤＲＩＥが行われる。
【００２５】
図２（ｂ）に示すように、上記に説明したＤＲＩＥによってマスク１２の開口部１２０の位置にトレンチ１３が形成される。マスク１２の中央部分１２１の位置はエッチングされずに残り、トレンチ１３は、中央部分１２１が配設されたシリコン基板１１の部分を囲んでいる。シリコン基板１１の底面がトレンチ１３に至るように研磨されると、トレンチ１３の位置が貫通するので、トレンチ１３によって囲まれた部分が切り離される。これによって、結局、シリコン基板１１が略矩形柱状に刳り貫かれ、シャドーマスクの開口部１４が略矩形柱状に形成される（図１参照）。
図２（ａ）には、例えば、約２ｍｍ角でシャドーマスクの開口部１４を形成する場合が示されている。この場合には、例えば、シリコン基板１１全体の最小線幅を約２５μｍとすることができ、マスク１２に約２５μｍ幅の開口部１２０が細線状に形成されている。このマスク１２によって形成されたトレンチ１３は、上面視して、約２５μｍ幅で略閉細線状に開口している。シリコン基板１１の底部からトレンチ１３底部まで研磨することによって、約２ｍｍ角のシャドーマスクの開口部１４が形成される。
【００２６】
本発明においては、閉細線状の開口部１２０が形成されたマスク１２が用いられるが、従来は、次のようなマスクが用いられている。図３に、従来のＤＲＩＥを説明するための図であり、図３（ａ）は上面模式図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ断面における断面模式図である。以下では、上記と同様に、約２ｍｍ角でシャドーマスクの開口部を形成する場合について説明する。
図３（ａ）に示すように、従来のＤＲＩＥにおいて用いられるマスク９１２には、略矩形状に開口された開口部９２２が形成されている。すなわち、この開口部９２２は、上記のマスク１２の中央部分１２１を除去した形状を有し、例えば、図３においては、約２ｍｍ角の略矩形状の形状とすることができる。図３（ｂ）に示すように、マスク９１２の開口部９２２から露出するシリコン基板９１１がＤＲＩＥされ、トレンチ９１３が形成される。
【００２７】
しかしながら、従来のＤＲＩＥでは、上記のように約２ｍｍ角のように、トレンチ９１３の上部９１４（トレンチ９１３の開口部）が広すぎると、トレンチ９１３の深さの一様性が悪くなることがある。詳細には、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板９１１に形成されたトレンチ９１３の端部９１５におけるレートだけが早くなり、トレンチ９１３の底部を一様に形成することができない。そのため、シリコン基板９１１を底面から研磨する研磨工程において、トレンチ９１３を貫通させることが困難となる。
これに対して、本発明に係るシャドーマスクの形成に用いられるマスク１２には、シリコン基板１１全体で最小線幅が設定された細線状の開口部１２０が形成されている。このような開口部１２０においては、その線幅が大きくならないので、一様な深さのトレンチ１３を形成することができる。これによって、ＤＲＩＥによる深さのバラツキを抑えることができ、トレンチ１３を貫通させる後の研磨工程などを容易に行うことができる。
【００２８】
以上のように、従来のようにウェットエッチングによってトレンチ９１３を形成するとそのアスペクト比に限界があるため、微細なパターンを形成することが困難であった。これに対して、本発明よれば、シャドーマスクのトレンチ１３をＤＲＩＥによって形成するため、微細なパターンを形成することができる。さらに、広く開口されたトレンチ１３を形成する場合には、マスク１２の開口部１２０が外周を囲む細線状の形状を有するので、シリコン基板１１を設計通りに研磨することができる。これによって、シャドーマスクの厚さを十分ハンドリングに耐えうる厚さに形成することができる。
【００２９】
［半導体装置の製造方法］
次に、本発明に係るシャドーマスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図４を用いて、本発明に係る半導体装置の製造方法について概略的に説明する。図４は、本発明に係るシャドーマスクを用いた半導体装置の製造工程を示す断面模式図である。
図４（ａ）に示すように、シリコン基板２１上に、多孔材料から構成された多孔材料層２２が形成されている。この多孔材料層２２上に、本発明に係るシャドーマスク２３が配置されている。図４（ｂ）に示すように、金属薄膜２４は、この状態で蒸着法やスパッタ法等によって形成される。シャドーマスク２３の開口部２３０において、シリコン基板２１が露出するので、露出したシリコン基板２１上に金属薄膜２４が形成される。その後、図４（ｃ）に示すように、シャドーマスク２３を除去することによって、多孔材料層２２上に金属配線２４０が形成される。なお、多孔材料層２２を構成する多孔材料、金属薄膜２４を構成する金属材料については、後述する。
【００３０】
続いて、図５を用いて、本発明に係る半導体装置について具体的に説明する。ここでは、その好適な一例として、熱伝導率測定装置を用いて説明する。図５（ａ）は、本発明に係る熱伝導率測定装置を示す上面模式図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面における断面模式図である。
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板３１上に、測定したい薄膜や薄い層（目的試料３２）が形成されている。この目的試料３２は、熱絶縁層であり、例えば、上記の多孔材料層２２を構成する多孔材料を用いることができる。この多孔材料は、好適には、ナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）とすることができる。このナノ結晶シリコンは、シリコンを電気化学的にエッチングすることで作製でき、数ｎｍのポアがネットワーク的に形成され、残ったＳｉ部分はやはり約数ｎｍのサイズが連なったスケルトンのような構造を有している。ナノ結晶シリコンにおいては、約３ｎｍ程度の大きさのシリコンはその量子閉じ込め効果のため、これまでのバルクシリコンにはない新しい物性を示す。例えば、室温での可視発光が良く知られた現象であるが、熱伝導率が激減することもその特徴の一つである。
【００３１】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、メタルライン３３は、このシリコン基板３１上に形成された目的試料３２上に形成されている。メタルライン３３は、加熱されることによって目的試料３２を加熱するためのヒーターとして機能する。それとともに、メタルライン３３は、加熱された目的試料３２の温度を検出するための温度センサとしても機能する。また、メタルライン３３は電極パッド３３１、電極パッド３３１を電気的に接続する発熱電極３３２を有する。電極パッド３３１は約数ｍｍ角の大きさを有するのに対して、発熱電極３３２は、電極パッド３３１よりも細い幅で形成され、例えば約５μｍ〜３０μｍの幅を有する。
【００３２】
熱伝導率測定装置３０は、いわゆる３ω法によって、シリコン基板３１上で測定したい薄膜や薄い層（目的試料３２）の熱伝導率を測定する。具体的には、熱絶縁層である目的試料３２によるメタルライン３３の温度上昇が検出され、この検出された温度上昇から目的試料３２の熱伝導率が求められる。このような３ω法では、メタルライン３３によるヒーターが非常に小さいことから輻射を無視することができる。これによって、３ω法では精度の高い測定が可能となる。
【００３３】
一般に、３ω法による熱伝導率の測定においては、このメタルライン３３の線幅が重要となる。詳細には、メタルライン３３の発熱電極３３２における線幅は細い方が望ましく、上記で例示したように、一般的には発熱電極３３２の線幅は約５μｍ〜３０μｍに設定されている。
メタルライン３３は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属薄膜を用いて形成される。好適には、ナノ結晶層のような多孔材料層２２を目的試料３２とする場合、メタルライン３３にＡｌ薄膜を用いることができる。目的試料３２であるナノ結晶層の多孔度が高い場合には、従来のフォトリソグラフィーによってメタルライン３３を形成すると、ナノ結晶層にダメージを与える。
詳細には、ウェットエッチングの工程を経て乾燥を行うと、水の表面張力のためにナノ結晶層の多孔の構造にダメージを与える。これによってワークにダメージを与えるので、正確に熱伝導測定を行うのが困難となる。そこで、本発明に係るシャドーマスク２３を使うことによって、ウェットエッチングによってパターニングすることがないので、この問題を解決することができる。
【００３４】
さらに、上記に説明したように、本発明に係るシャドーマスク２３では、精度よく微細なパターンを形成することが可能である。特に、メタルライン３３の細い部分である発熱電極３３２の幅は細く、約５μｍ〜３０μｍ程度の幅で形成される。そのため、本発明に係るシャドーマスク２３によって、３ω法による熱伝導率測定において重要な発熱電極３３２を精度よく形成することができる。
【００３５】
さらにまた、従来のシャドーマスクでは、その厚さが極めて薄くなり、広い面積に繰り返しパターンを形成することは難しくなり、生産性が非常に悪くなる。本発明に係るシャドーマスク２３では、その厚さが設計に即した厚さとなるので、この課題を解決することができる。この点について、図６，７を用いて詳細に説明する。
図６に、メタルライン３３を形成するためのシャドーマスクのＤＲＩＥ後の様子が示されている。図６（ａ）はシャドーマスクの上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ断面における工程断面図である。
図６（ａ）に示すように、シャドーマスク４０の開口部４１は、２種類の開口部４１１，４１２を有する。開口部４１１は、幅広の電極パッド３３１のパターンを形成するためのものであり、開口部４１２は、幅狭の発熱電極３３２のパターンを形成するためのものである。これらシャドーマスク４０の開口部４１１，４１２はそれぞれ、図６（ｂ）に示すように、マスク１２５の開口部１２６，１２７からシリコン基板１１をＤＲＩＥして形成される。
【００３６】
図７に、従来のメタルライン３３を形成するためのシャドーマスクの製造工程を示す断面模式図が示されている。図７においては、マスク９１２の開口部９２２，９３２によって、電極パッド３３１、発熱電極３３２を形成するためのシャドーマスクのトレンチ９１３，９２３が形成される。図７に示したように、従来のようなマスク９１２を用いてＤＲＩＥによって幅広の電極パッド３３１のパターンを形成すると、そのトレンチ９１３を一様に形成することができない。
特に、従来のマスク９１２の場合には、発熱電極３３２を形成するためのトレンチ９２３が、約５μｍ〜３０μｍ程度に細く開口される、これに対して、電極パッド３３１を形成するためのトレンチ９１３が、数ｍｍ角に非常に広く開口されている。そのため、トレンチ９１３，９２３それぞれの深さが大きく異なるので、トレンチ形成後にシリコン基板９１１を底面から研磨することが困難となる。詳細には、シリコン基板９１１がトレンチ９１３の深さに合わせて研磨され、シャドーマスクの厚さが極めて薄くなる。
【００３７】
そこで、本発明においては、図６（ａ）に示すように、電極パッド３３１が形成されるためのシャドーマスク４０の開口部４１１を細線状に外周が形成された形状とする。これによって、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１１全体に亘って一様な深さを有するトレンチ１３１，１３２を形成することができる。従って、シリコン基板１１底面からの研磨が容易となるので、均一な形状の微細なパターンを形成することができる。これによって、シャドーマスク４０の厚さが必要以上に薄くなるのを防止することができる。
【００３８】
以上のように、本発明に係るシャドーマスク２３を用いることによって、多孔材料層２２にダメージを与えることなく、金属薄膜２４（メタルライン３３）を形成することができる。さらに、本発明に係るシャドーマスク２３では微細パターンを精度よく形成することができるので、金属薄膜２４の微細なパターンを精度よくパターニングすることが可能となる。またさらに、本発明に係るシャドーマスク２３が十分な厚みを有するので、広い面積に繰り返しパターンを生産性よく形成することができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、多孔材料層２２上に金属薄膜を形成する場合について説明したが、多孔材料に限られない。例えば、多孔材料のような脆い材料であればよく、フォトリソグラフィーが難しい材料に薄膜をパターニングするのに適用することができる。また、本発明は、電子デバイスに応用されるｌｏｗ−ｋ材料や高分子等の脆い材料に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るシャドーマスクの形成工程を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係るシャドーマスクを示す模式図である。
【図３】従来のシャドーマスクを示す模式図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造工程を示す断面模式図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の一例を示す模式図である。
【図６】本発明に係るシャドーマスクを示す模式図である。
【図７】従来のシャドーマスクを示す断面模式図である。
【図８】従来のシャドーマスクの形成工程を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１…シリコン基板、１２，１２５…マスク、
１２０，１２６，１２７…マスクの開口部、１２１…マスクの中央部分、
１３，１３１，１３２…トレンチ、１４…シャドーマスクの開口部
２１…シリコン基板、２２…多孔材料、２３…シャドーマスク、２３０…開口部、
２４…金属薄膜、２４０…金属配線
３０…熱伝導率測定装置、３１…シリコン基板、３２…目的試料、
３３…メタルライン、３３１…電極パッド、３３２…発熱電極
４０…シャドーマスク、４１…開口部、
４１１…電極パッド用の開口部、４１２…発熱電極用の開口部
９０１…シリコン基板、９０２…マスク材、９０３…マスク材の開口部、
９０４…トレンチ
９１２…マスク、９２２，９３２…マスクの開口部、９１３，９２３…トレンチ、
９１４…トレンチの上部、９１５…トレンチの端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャドーマスクの形成方法及び半導体装置の製造方法、並びにシャドーマスク及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板等に所望の形状の薄膜を形成することによって半導体装置を製造してきた。この半導体装置の製造方法における薄膜の形成方法には、大きく二つある。一つは、フォトリソグラフィーを用いた方法であり、この方法は広く使われている方法である。基板全面に薄膜を成膜した後、感光性のレジストを塗布して、写真工程により所望のレジストパターンを作製する。その後、ウェットエッチング、もしくはドライエッチングで余分な部分の薄膜を除去し、最後にレジストを剥離すると、所望の薄膜パターンが形成される。特許文献１に、このようなフォトリソグラフィーを用いた方法の一例が開示されている。
【０００３】
このフォトリソグラフィーを用いた方法に対して、非常に簡便な方法としてシャドーマスク法がある。この方法では、例えば、所望の形状の開口部を形成されたステンレスの薄い板を基板に密着させて、全体に薄膜を成膜する。すると、ステンレスの薄板の開口部のみに薄膜が形成されるので、所望の形状の薄膜パターニングを得ることができる。この方法は、工程が非常に簡便であること、また、基板が非常に脆い場合など、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程においてダメージを受けやすい基板に薄膜をパターニングする場合に有効である。また最近では、このシャドーマスク法は、液晶基板など大面積基板への薄膜形成にも使われている。
【０００４】
図８に、従来のシャドーマスクの形成工程を示す断面模式図が示されている。図８に示すように、一般に、ステンレス板９０１にマスク材９０２が形成され、このマスク材９０２の開口部９０３の位置にシャドーマスクのトレンチ９０４が形成される。このとき、多くはウェットエッチングを用いたエッチング工程によって、開口部９０３から露出したステンレス板９０１がエッチングされてトレンチ９０４が形成される。このエッチング工程のウェットエッチングは等方性エッチングであるため、アスペクト比を高くするのが困難となる。アスペクト比の限界は１：１で、例えば、５０μｍ幅の線を精度良く形成しようとすると、ステンレス板の厚みは５０μｍ以下にする必要がある。さらに細かなパターンを形成しようとすると、ステンレス板の厚みが更に薄くなるため、シャドーマスク自体のハンドリングが困難となる。また、開口部の角は丸まりやすくなり、精度のよいパターニングが困難になる。
【特許文献１】特開平９−２８３４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来のシャドーマスクの形成方法においては、等方性エッチングによって開口部のトレンチが形成されるため、トレンチを精度よく形成することができないという問題があった。特に、細かなパターンを形成する場合にはマスクのハンドリングが困難となるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクの形成方法及びシャドーマスクを提供することを目的とする。
さらに、本発明の目的は、このような問題を解決することにあり、所望の形状に精度よくパターニングすることができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングと内側壁の保護とを交互に繰り返しながら異方性エッチングによってトレンチを形成するステップとを備えたものである。このような構成によって、トレンチを精度よく形成することができるので、微細なパターンを精度よくパターニングすることができる。
【０００７】
他方、本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングによって、当該基板の主面に対して略垂直なトレンチを形成するステップとを備えたものである。このような構成によって、トレンチを精度よく形成することができるので、微細なパターンを精度よくパターニングすることができる。
【０００８】
さらに、本発明に係るシャドーマスクの形成方法は、前記トレンチの底面に至るように、前記基板の底部を研磨するステップを備えることができる。これにより、トレンチが貫通することによって形成されたシャドーマスクの開口部の底部の角が丸まるのを防止することができ、微細なパターンを精度のよく形成することができる。
【０００９】
さらにまた、前記トレンチは、第１のトレンチと、当該第１のトレンチよりも広く開口された第２のトレンチとを有し、前記マスクは、前記第１のトレンチの開口部と略同じ形状で開口された第１の前記開口部と、前記第２のトレンチの開口部の外周に沿って開口された第２の開口部とを有する。
【００１０】
またさらに、前記第２の開口部を、前記第１の開口部の幅と略同じ幅で、前記トレンチの外周に沿って開口された略細線状の形状とすることができる。これによって、第２の開口部によって一様なトレンチを形成することができる。
【００１１】
また、前記第１の開口部の線幅を約２５μｍ以下とすることができる。
【００１２】
好適には、前記基板をシリコン基板とすることができる。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、装置基板上に、薄膜を積層して半導体装置を製造する方法であって、前記装置基板上に、所定材料層を形成するステップと、当該所定材料層上に、請求項１乃至７のいずれかに記載の形成方法によって形成されたシャドーマスクを配設し、当該シャドーマスクの開口部から前記所定材料層を露出させるステップと、当該配設したシャドーマスク上に、金属薄膜を形成するステップとを備えたものである。このような構成において、ウェットエッチングを用いることがないので、所定材料にダメージを与えることなく、金属薄膜を所定の形状に精度よくパターニングすることができる。
【００１４】
さらに、当該半導体装置は、前記所定材料層の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置であって、前記金属薄膜は、前記熱伝導率を測定するための電圧が印加される電極パッドと、当該電極パッドよりも幅が狭く、前記熱伝導率を測定するための温度変化が検出される発熱電極とを有し、前記発熱電極をパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第１の開口部を用いて形成され、前記電極パッドをパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第２の開口部を用いて形成される。これによって、熱伝導率測定において重要な発熱電極の幅の精度を向上させることができる。
【００１５】
好適には、前記第１の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅を有し、前記第２の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅で、約数ｍｍ角の矩形の外周に沿って開口された形状を有する。
【００１６】
また、前記所定材料を多孔材料とすることができ、前記所定材料の熱伝導率を３ω法によって測定することができる。このような構成によって、トレンチを精度よく形成することができるので、微細なパターンが精度よくパターニングされたシャドーマスクを実現することができる。
【００１７】
本発明に係るシャドーマスクは、上記の形成方法によって形成されたシャドーマスクである。このような構成において、微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクを実現することができる。
【００１８】
本発明にかかる半導体装置は、上記の製造方法によって形成された半導体装置である。このような構成において、ウェットエッチングを用いることがないので、所定材料にダメージを与えることなく、金属薄膜が所定の形状に精度よくパターニングされた半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、微細なパターンを精度よくパターニングすることができるシャドーマスクの形成方法及びシャドーマスクを提供することができる。さらには、本発明によれば、所望の形状に精度よくパターニングすることができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。以下においては、まず本発明に係るシャドーマスクの形成方法について説明した後、このシャドーマスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
［シャドーマスクの形成方法］
まず、図１を用いて、本発明に係るシャドーマスクの形成方法について概略的に説明する。図１は、本発明に係るシャドーマスクの形成工程を示す概略断面図である。
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１１上にマスク１２を形成する。シリコン基板１１は、例えば、５００μｍの厚みを有する基板とすることができる。マスク１２は、シャドーマスクによってパターニングするパターンに応じた形状の開口部１２０を有し、この開口部１２０からシリコン基板１１の主面が露出している。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、開口部１２０から露出したシリコン基板１１の露出部分は、異方性エッチングによってエッチングされる。これによって、シリコン基板１１は、マスク１２の開口部１２０の位置において、シリコン基板１１の中途部に至る深さまで開口され、トレンチ１３が形成される。本発明に係るシャドーマスクの形成方法においては、異方性エッチングとして、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が用いられる。以下、このＤｅｅｐ ＲＩＥをＤＲＩＥと略す。
このＤＲＩＥの詳細については後述するが、ＤＲＩＥによって形成されたトレンチ１３は、アスペクト比の高く、シリコン基板１１の主面に対して垂直な溝となる。トレンチ１３は、一例として、アスペクト比が１：２０の溝となり、この場合には、トレンチ１３の開口幅が１０μｍであるのに対してトレンチ１３の深さが２００μｍとなる。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１１にトレンチ１３が形成された後、シリコン基板１１は裏面から研磨される。トレンチ１３がシリコン基板１１の中途部に至る深さを有するので、このトレンチ１３の底部まで研磨することによってトレンチ１３は貫通し、当該シャドーマスクの開口部１４が形成される。シリコン基板１１の底部を研磨することによって、貫通した開口部１４の底部の角が丸まるのを防止することができ、微細なパターンを精度よく形成することができる。
またここでは、シリコン基板１１の裏面から研磨してトレンチ１３を貫通させたが、マスク１２の厚みを厚くし、ＤＲＩＥによってシリコン基板１１を貫通させ、シャドーマスクの開口部１４を形成することも可能である。
【００２３】
続いて、図２及び図３を用いて、本発明に係るシャドーマスクの形成方法において用いられるＤＲＩＥについて詳細に説明する。
図２に、本発明におけるＤＲＩＥを説明するための図が示されている。図２（ａ）は上面模式図、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面における断面模式図である。
ＤＲＩＥとは、トレンチ１３の内側壁を保護しながら、エッチングを行う方法である。詳細には、ＤＲＩＥにおいては、エッチングとトレンチ１３の内側壁の保護とを交互に繰り返しながら、トレンチ１３を形成する。このＤＲＩＥは、ＢＯＳＣＨ社とＳＴＳ社とによって共同で開発され、一般に、ＢＯＳＣＨ（登録商標）方式、あるいはＢＯＳＣＨ（登録商標）プロセスと呼ばれることがある。
【００２４】
ここで、ＤＲＩＥによってトレンチを形成する好適な例として、開口幅が約５μｍ〜３０μｍ程度で深さが約２００μｍ程度であるようなアスペクト比が高いトレンチを用いて説明する。
図２（ａ）に示すように、本発明におけるＤＲＩＥを用いる場合には、マスク１２には、細線状に開口された開口部１２０が形成されている。この細線状の開口部１２０は、いわゆる一筆書きで形成され、細線が閉じた形状（以下、これを閉細線状と略す）を有する。換言すれば、開口部１２０は、中央部分１２１を囲んで外周に沿って形成されている。この開口部１２０の最小線幅は予め決められており、そのルールでＤＲＩＥが行われる。
【００２５】
図２（ｂ）に示すように、上記に説明したＤＲＩＥによってマスク１２の開口部１２０の位置にトレンチ１３が形成される。マスク１２の中央部分１２１の位置はエッチングされずに残り、トレンチ１３は、中央部分１２１が配設されたシリコン基板１１の部分を囲んでいる。シリコン基板１１の底面がトレンチ１３に至るように研磨されると、トレンチ１３の位置が貫通するので、トレンチ１３によって囲まれた部分が切り離される。これによって、結局、シリコン基板１１が略矩形柱状に刳り貫かれ、シャドーマスクの開口部１４が略矩形柱状に形成される（図１参照）。
図２（ａ）には、例えば、約２ｍｍ角でシャドーマスクの開口部１４を形成する場合が示されている。この場合には、例えば、シリコン基板１１全体の最小線幅を約２５μｍとすることができ、マスク１２に約２５μｍ幅の開口部１２０が細線状に形成されている。このマスク１２によって形成されたトレンチ１３は、上面視して、約２５μｍ幅で略閉細線状に開口している。シリコン基板１１の底部からトレンチ１３底部まで研磨することによって、約２ｍｍ角のシャドーマスクの開口部１４が形成される。
【００２６】
本発明においては、閉細線状の開口部１２０が形成されたマスク１２が用いられるが、従来は、次のようなマスクが用いられている。図３に、従来のＤＲＩＥを説明するための図であり、図３（ａ）は上面模式図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ断面における断面模式図である。以下では、上記と同様に、約２ｍｍ角でシャドーマスクの開口部を形成する場合について説明する。
図３（ａ）に示すように、従来のＤＲＩＥにおいて用いられるマスク９１２には、略矩形状に開口された開口部９２２が形成されている。すなわち、この開口部９２２は、上記のマスク１２の中央部分１２１を除去した形状を有し、例えば、図３においては、約２ｍｍ角の略矩形状の形状とすることができる。図３（ｂ）に示すように、マスク９１２の開口部９２２から露出するシリコン基板９１１がＤＲＩＥされ、トレンチ９１３が形成される。
【００２７】
しかしながら、従来のＤＲＩＥでは、上記のように約２ｍｍ角のように、トレンチ９１３の上部９１４（トレンチ９１３の開口部）が広すぎると、トレンチ９１３の深さの一様性が悪くなることがある。詳細には、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板９１１に形成されたトレンチ９１３の端部９１５におけるレートだけが早くなり、トレンチ９１３の底部を一様に形成することができない。そのため、シリコン基板９１１を底面から研磨する研磨工程において、トレンチ９１３を貫通させることが困難となる。
これに対して、本発明に係るシャドーマスクの形成に用いられるマスク１２には、シリコン基板１１全体で最小線幅が設定された細線状の開口部１２０が形成されている。このような開口部１２０においては、その線幅が大きくならないので、一様な深さのトレンチ１３を形成することができる。これによって、ＤＲＩＥによる深さのバラツキを抑えることができ、トレンチ１３を貫通させる後の研磨工程などを容易に行うことができる。
【００２８】
以上のように、従来のようにウェットエッチングによってトレンチ９１３を形成するとそのアスペクト比に限界があるため、微細なパターンを形成することが困難であった。これに対して、本発明よれば、シャドーマスクのトレンチ１３をＤＲＩＥによって形成するため、微細なパターンを形成することができる。さらに、広く開口されたトレンチ１３を形成する場合には、マスク１２の開口部１２０が外周を囲む細線状の形状を有するので、シリコン基板１１を設計通りに研磨することができる。これによって、シャドーマスクの厚さを十分ハンドリングに耐えうる厚さに形成することができる。
【００２９】
［半導体装置の製造方法］
次に、本発明に係るシャドーマスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図４を用いて、本発明に係る半導体装置の製造方法について概略的に説明する。図４は、本発明に係るシャドーマスクを用いた半導体装置の製造工程を示す断面模式図である。
図４（ａ）に示すように、シリコン基板２１上に、多孔材料から構成された多孔材料層２２が形成されている。この多孔材料層２２上に、本発明に係るシャドーマスク２３が配置されている。図４（ｂ）に示すように、金属薄膜２４は、この状態で蒸着法やスパッタ法等によって形成される。シャドーマスク２３の開口部２３０において、シリコン基板２１が露出するので、露出したシリコン基板２１上に金属薄膜２４が形成される。その後、図４（ｃ）に示すように、シャドーマスク２３を除去することによって、多孔材料層２２上に金属配線２４０が形成される。なお、多孔材料層２２を構成する多孔材料、金属薄膜２４を構成する金属材料については、後述する。
【００３０】
続いて、図５を用いて、本発明に係る半導体装置について具体的に説明する。ここでは、その好適な一例として、熱伝導率測定装置を用いて説明する。図５（ａ）は、本発明に係る熱伝導率測定装置を示す上面模式図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面における断面模式図である。
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板３１上に、測定したい薄膜や薄い層（目的試料３２）が形成されている。この目的試料３２は、熱絶縁層であり、例えば、上記の多孔材料層２２を構成する多孔材料を用いることができる。この多孔材料は、好適には、ナノ結晶シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）とすることができる。このナノ結晶シリコンは、シリコンを電気化学的にエッチングすることで作製でき、数ｎｍのポアがネットワーク的に形成され、残ったＳｉ部分はやはり約数ｎｍのサイズが連なったスケルトンのような構造を有している。ナノ結晶シリコンにおいては、約３ｎｍ程度の大きさのシリコンはその量子閉じ込め効果のため、これまでのバルクシリコンにはない新しい物性を示す。例えば、室温での可視発光が良く知られた現象であるが、熱伝導率が激減することもその特徴の一つである。
【００３１】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、メタルライン３３は、このシリコン基板３１上に形成された目的試料３２上に形成されている。メタルライン３３は、加熱されることによって目的試料３２を加熱するためのヒーターとして機能する。それとともに、メタルライン３３は、加熱された目的試料３２の温度を検出するための温度センサとしても機能する。また、メタルライン３３は電極パッド３３１、電極パッド３３１を電気的に接続する発熱電極３３２を有する。電極パッド３３１は約数ｍｍ角の大きさを有するのに対して、発熱電極３３２は、電極パッド３３１よりも細い幅で形成され、例えば約５μｍ〜３０μｍの幅を有する。
【００３２】
熱伝導率測定装置３０は、いわゆる３ω法によって、シリコン基板３１上で測定したい薄膜や薄い層（目的試料３２）の熱伝導率を測定する。具体的には、熱絶縁層である目的試料３２によるメタルライン３３の温度上昇が検出され、この検出された温度上昇から目的試料３２の熱伝導率が求められる。このような３ω法では、メタルライン３３によるヒーターが非常に小さいことから輻射を無視することができる。これによって、３ω法では精度の高い測定が可能となる。
【００３３】
一般に、３ω法による熱伝導率の測定においては、このメタルライン３３の線幅が重要となる。詳細には、メタルライン３３の発熱電極３３２における線幅は細い方が望ましく、上記で例示したように、一般的には発熱電極３３２の線幅は約５μｍ〜３０μｍに設定されている。
メタルライン３３は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属薄膜を用いて形成される。好適には、ナノ結晶層のような多孔材料層２２を目的試料３２とする場合、メタルライン３３にＡｌ薄膜を用いることができる。目的試料３２であるナノ結晶層の多孔度が高い場合には、従来のフォトリソグラフィーによってメタルライン３３を形成すると、ナノ結晶層にダメージを与える。
詳細には、ウェットエッチングの工程を経て乾燥を行うと、水の表面張力のためにナノ結晶層の多孔の構造にダメージを与える。これによってワークにダメージを与えるので、正確に熱伝導測定を行うのが困難となる。そこで、本発明に係るシャドーマスク２３を使うことによって、ウェットエッチングによってパターニングすることがないので、この問題を解決することができる。
【００３４】
さらに、上記に説明したように、本発明に係るシャドーマスク２３では、精度よく微細なパターンを形成することが可能である。特に、メタルライン３３の細い部分である発熱電極３３２の幅は細く、約５μｍ〜３０μｍ程度の幅で形成される。そのため、本発明に係るシャドーマスク２３によって、３ω法による熱伝導率測定において重要な発熱電極３３２を精度よく形成することができる。
【００３５】
さらにまた、従来のシャドーマスクでは、その厚さが極めて薄くなり、広い面積に繰り返しパターンを形成することは難しくなり、生産性が非常に悪くなる。本発明に係るシャドーマスク２３では、その厚さが設計に即した厚さとなるので、この課題を解決することができる。この点について、図６，７を用いて詳細に説明する。
図６に、メタルライン３３を形成するためのシャドーマスクのＤＲＩＥ後の様子が示されている。図６（ａ）はシャドーマスクの上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ断面における工程断面図である。
図６（ａ）に示すように、シャドーマスク４０の開口部４１は、２種類の開口部４１１，４１２を有する。開口部４１１は、幅広の電極パッド３３１のパターンを形成するためのものであり、開口部４１２は、幅狭の発熱電極３３２のパターンを形成するためのものである。これらシャドーマスク４０の開口部４１１，４１２はそれぞれ、図６（ｂ）に示すように、マスク１２５の開口部１２６，１２７からシリコン基板１１をＤＲＩＥして形成される。
【００３６】
図７に、従来のメタルライン３３を形成するためのシャドーマスクの製造工程を示す断面模式図が示されている。図７においては、マスク９１２の開口部９２２，９３２によって、電極パッド３３１、発熱電極３３２を形成するためのシャドーマスクのトレンチ９１３，９２３が形成される。図７に示したように、従来のようなマスク９１２を用いてＤＲＩＥによって幅広の電極パッド３３１のパターンを形成すると、そのトレンチ９１３を一様に形成することができない。
特に、従来のマスク９１２の場合には、発熱電極３３２を形成するためのトレンチ９２３が、約５μｍ〜３０μｍ程度に細く開口される、これに対して、電極パッド３３１を形成するためのトレンチ９１３が、数ｍｍ角に非常に広く開口されている。そのため、トレンチ９１３，９２３それぞれの深さが大きく異なるので、トレンチ形成後にシリコン基板９１１を底面から研磨することが困難となる。詳細には、シリコン基板９１１がトレンチ９１３の深さに合わせて研磨され、シャドーマスクの厚さが極めて薄くなる。
【００３７】
そこで、本発明においては、図６（ａ）に示すように、電極パッド３３１が形成されるためのシャドーマスク４０の開口部４１１を細線状に外周が形成された形状とする。これによって、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１１全体に亘って一様な深さを有するトレンチ１３１，１３２を形成することができる。従って、シリコン基板１１底面からの研磨が容易となるので、均一な形状の微細なパターンを形成することができる。これによって、シャドーマスク４０の厚さが必要以上に薄くなるのを防止することができる。
【００３８】
以上のように、本発明に係るシャドーマスク２３を用いることによって、多孔材料層２２にダメージを与えることなく、金属薄膜２４（メタルライン３３）を形成することができる。さらに、本発明に係るシャドーマスク２３では微細パターンを精度よく形成することができるので、金属薄膜２４の微細なパターンを精度よくパターニングすることが可能となる。またさらに、本発明に係るシャドーマスク２３が十分な厚みを有するので、広い面積に繰り返しパターンを生産性よく形成することができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、多孔材料層２２上に金属薄膜を形成する場合について説明したが、多孔材料に限られない。例えば、多孔材料のような脆い材料であればよく、フォトリソグラフィーが難しい材料に薄膜をパターニングするのに適用することができる。また、本発明は、電子デバイスに応用されるｌｏｗ−ｋ材料や高分子等の脆い材料に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るシャドーマスクの形成工程を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係るシャドーマスクを示す模式図である。
【図３】従来のシャドーマスクを示す模式図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造工程を示す断面模式図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の一例を示す模式図である。
【図６】本発明に係るシャドーマスクを示す模式図である。
【図７】従来のシャドーマスクを示す断面模式図である。
【図８】従来のシャドーマスクの形成工程を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１…シリコン基板、１２，１２５…マスク、
１２０，１２６，１２７…マスクの開口部、１２１…マスクの中央部分、
１３，１３１，１３２…トレンチ、１４…シャドーマスクの開口部
２１…シリコン基板、２２…多孔材料、２３…シャドーマスク、２３０…開口部、
２４…金属薄膜、２４０…金属配線
３０…熱伝導率測定装置、３１…シリコン基板、３２…目的試料、
３３…メタルライン、３３１…電極パッド、３３２…発熱電極
４０…シャドーマスク、４１…開口部、
４１１…電極パッド用の開口部、４１２…発熱電極用の開口部
９０１…シリコン基板、９０２…マスク材、９０３…マスク材の開口部、
９０４…トレンチ
９１２…マスク、９２２，９３２…マスクの開口部、９１３，９２３…トレンチ、
９１４…トレンチの上部、９１５…トレンチの端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、
基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、
当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングと内側壁の保護とを交互に繰り返しながら異方性エッチングによってトレンチを形成するステップとを備えたシャドーマスクの形成方法。
【請求項２】
薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、
基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、
当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングによって、当該基板の主面に対して略垂直なトレンチを形成するステップとを備えたシャドーマスクの形成方法。
【請求項３】
前記トレンチの底面に至るように、前記基板の底部を研磨するステップを、さらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項４】
前記トレンチは、第１のトレンチと、当該第１のトレンチよりも広く開口された第２のトレンチとを有し、
前記マスクは、前記第１のトレンチの開口部と略同じ形状で開口された第１の前記開口部と、前記第２のトレンチの開口部の外周に沿って開口された第２の開口部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項５】
前記第１の開口部は、略細線状の形状を有し、
前記第２の開口部は、前記第１の開口部の幅と略同じ幅で、前記トレンチの外周に沿って開口された略細線状の形状を有することを特徴とする請求項４記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項６】
前記第１の開口部の線幅は、約２５μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載のシャドーマスクの形成方法
【請求項７】
前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項８】
装置基板上に、薄膜を積層して半導体装置を製造する方法であって、
前記装置基板上に、所定材料層を形成するステップと、
当該所定材料層上に、請求項１乃至７のいずれかに記載の形成方法によって形成されたシャドーマスクを配設し、当該シャドーマスクの開口部から前記所定材料層を露出させるステップと、
当該配設したシャドーマスク上に、金属薄膜を形成するステップとを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項９】
当該半導体装置は、前記所定材料層の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置であって、
前記金属薄膜は、前記熱伝導率を測定するための電圧が印加される電極パッドと、当該電極パッドよりも幅が狭く、前記熱伝導率を測定するための温度変化が検出される発熱電極とを有し、
前記発熱電極をパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第１の開口部を用いて形成され、
前記電極パッドをパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第２の開口部を用いて形成されることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅を有し、
前記第２の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅で、約数ｍｍ角の矩形の外周に沿って開口された形状を有することを特徴とする請求項９記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項１１】
前記所定材料層は、多孔材料から構成され、
前記所定材料層の熱伝導率は、３ω法によって測定されることを特徴等する請求項８乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれかに記載の形成方法によって形成されたシャドーマスク。
【請求項１３】
請求項８乃至１１のいずれかに記載の製造方法によって形成された半導体装置。
【請求項１】
薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、
基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、
当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングと内側壁の保護とを交互に繰り返しながら異方性エッチングによってトレンチを形成するステップとを備えたシャドーマスクの形成方法。
【請求項２】
薄膜をパターニングするためのシャドーマスクを形成する方法であって、
基板上に、前記薄膜パターンに応じた開口部が形成されたマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記基板を露出させるステップと、
当該開口部から露出した基板に、異方性エッチングによって、当該基板の主面に対して略垂直なトレンチを形成するステップとを備えたシャドーマスクの形成方法。
【請求項３】
前記トレンチの底面に至るように、前記基板の底部を研磨するステップを、さらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項４】
前記トレンチは、第１のトレンチと、当該第１のトレンチよりも広く開口された第２のトレンチとを有し、
前記マスクは、前記第１のトレンチの開口部と略同じ形状で開口された第１の前記開口部と、前記第２のトレンチの開口部の外周に沿って開口された第２の開口部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項５】
前記第１の開口部は、略細線状の形状を有し、
前記第２の開口部は、前記第１の開口部の幅と略同じ幅で、前記トレンチの外周に沿って開口された略細線状の形状を有することを特徴とする請求項４記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項６】
前記第１の開口部の線幅は、約２５μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載のシャドーマスクの形成方法
【請求項７】
前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項８】
装置基板上に、薄膜を積層して半導体装置を製造する方法であって、
前記装置基板上に、所定材料層を形成するステップと、
当該所定材料層上に、請求項１乃至７のいずれかに記載の形成方法によって形成されたシャドーマスクを配設し、当該シャドーマスクの開口部から前記所定材料層を露出させるステップと、
当該配設したシャドーマスク上に、金属薄膜を形成するステップとを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項９】
当該半導体装置は、前記所定材料層の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置であって、
前記金属薄膜は、前記熱伝導率を測定するための電圧が印加される電極パッドと、当該電極パッドよりも幅が狭く、前記熱伝導率を測定するための温度変化が検出される発熱電極とを有し、
前記発熱電極をパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第１の開口部を用いて形成され、
前記電極パッドをパターニングするためのシャドーマスクの開口部は、前記マスクの第２の開口部を用いて形成されることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅を有し、
前記第２の開口部は、約５μｍ乃至３０μｍの幅で、約数ｍｍ角の矩形の外周に沿って開口された形状を有することを特徴とする請求項９記載のシャドーマスクの形成方法。
【請求項１１】
前記所定材料層は、多孔材料から構成され、
前記所定材料層の熱伝導率は、３ω法によって測定されることを特徴等する請求項８乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれかに記載の形成方法によって形成されたシャドーマスク。
【請求項１３】
請求項８乃至１１のいずれかに記載の製造方法によって形成された半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３３２２９２（Ｐ２００６−３３２２９２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５３１６０（Ｐ２００５−１５３１６０）
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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