JP2005281821A - 製膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクの撓みを防ぐことが可能なマスク固定機構を有する蒸着装置を提供する。
【解決手段】所定のパターンを有するマスクにより所定の形状の薄膜を基板に形成する蒸着装置に、基板を載置する基板ホルダーとマスクを基板に対して位置決めするマスク固定機構を設ける。
このマスク固定機構は、マスクの所定点を中心として回転可能に支持する１つの突起部と、前記基板ホルダーに対し移動可能で前記突起部との間でマスクを引張る複数の係止部とから構成なり、係止部がマスクを引張る方向は、前記突起部と前記係止部の各々を結ぶ直線上になるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、製膜装置において、マスクの固定機構に関する技術である。

従来より、基板面に一定形状の膜を製膜する代表的な方法として、以下の（１）乃至（３）に示す製膜方法がある。

（１）真空蒸着法：真空に保たれた容器の中で、所定の形状の開口部（パターン）が形成されたマスクで膜を形成する予定の基板面を覆う。そして、この容器の内部で、膜の元となる材料を加熱機構により加熱し蒸発させてることにより気体蒸気（膜材料）にし、この気体蒸気を基板面に衝突させて付着させ、パターンと同じ形状の膜を形成する方法。
尚、材料の加熱方法として、抵抗加熱式、電子ビーム式、高周波誘導式、レーザー式などがある。

（２）スパッタリング法：スパッタリング法を用いた蒸着装置は、ガス供給手段により希ガスが供給され一定の真空度が保たれている容器内部に、陰電極及び陽電極が所定の間隔を空けて対向配置されている。そして、陰電極には電気的導通状態で金属板が配置され、さらに、この金属板に、陰電極に対して電気的絶縁状態で基板が載置されている。
この基板は、所定の形状の開口部（パターン）が形成されたマスクで膜を形成する予定の基板面が覆われており、基板の膜を形成する面は、陽電極に対面している。
以上のように構成した装置において、陽電極及び陰電極間に直流高電圧を印加して、両極間にグロー放電を発生させてプラズマ状態にする。
そして、陽イオン化した希ガスを両極間の電界により加速して陰電極に電気的導通状態で配置された金属板に衝突させて、そこから金属原子を飛出させ、この金属原子の一部を陽イオン化して陽電極及び陰電極間の電界により陰電極側へ引き寄せる。このとき、基板面にイオン化した金属原子（膜材料）を付着堆積させて製膜する。

（３）化学蒸着（ＣＶＤ）法：化学蒸着法を用いた蒸着装置は、反応室と気化室により構成されている。反応室には、基板とこの基板を加熱する加熱機構が備わっている。基板の膜を形成する予定の面は、所定の形状の開口部（パターン）が形成されたマスクで覆われている。
このように構成された反応室に、気化室で加熱し蒸発させてた膜材料の蒸気を送り、マスクに覆われていない基板表面（パターン部分）において膜材料の蒸気が加熱された基板の熱により析出反応させて、膜を形成する。

これらの製膜方法を用いた製膜装置において、パターンの形状と同形状の膜を正確に成膜する為には、マスクに覆われた基板面の露出した部分、つまり、マスクに形成されたパターンの部分にのみ膜材料を蒸着させる必要がある。
このため、蒸着の際に、マスクと基板面の隙間に、膜材料が侵入しないように、マスクと基板面を密着させる必要がある。

基板面にマスクを密着させる方法として、ベースとなる枠体にマスクの一部領域が重なるようにネジにより取り付けられ、基板の成膜予定領域にマスクに形成されたパターンが重なるように構成し、蒸着を行なう方法が特許文献１に開示されている。

実開平４−６０５４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成を真空蒸着法及び化学蒸着法による製膜装置に用いた場合、真空容器内の熱源である材料の加熱機構や膜材料の蒸気に対して、マスクが直接さらされる部分とさらされない部分ができてしまう。
また、特許文献１に記載の構成をスパッタリング法による製膜装置に用いた場合、真空容器内において蒸着中に発生するグロー放電に対して、マスクが直接さらされる部分とさらされない部分ができてしまう。この結果、グロー放電によりマスクが部分的に温度上昇してしまう。

つまり、成膜時にベース枠体と重なっているマスクの部分は、製膜中に容器内で発生する熱及び熱源に直接さらされないので、枠体と重なっていない部分に比べると、温度が上昇せず、マスク内において温度差が生じてしまうことになる。
従って、マスクの熱及び熱源に直接さらされる部分とさらされない部分で、熱膨張量の差ができてしまい、マスクが歪んだり、マスクのパターンが形成されている部分が膨らんでしまい、基板とマスクとの間に隙間が生じてしまう。
この結果、マスクと基板との間生じた隙間に、膜材料が回り込み、膜の形状がぼやけたり、寸法精度が損なわれる問題がある。

本願発明は、上記の問題点を解決するために提案されたものであり、マスクと基板の密着性を保ち、膜の形状や寸法精度が損なわれにくい製膜装置を提供するものである。

課題を解決する為の手段として、所定の開口パターンを有するマスクにより薄膜を基板に形成する蒸着装置において、所定のパターンの薄膜を基板に形成する蒸着装置において、前記基板を載置する基板ホルダーと、前記マスクを前記基板に対して固定するマスク固定機構を有し、前記マスク固定機構は、マスクを位置決めする位置決め部とマスクに対して張力を与える張力付加機構からなり、前記位置決め部は、前記マスクの所定位置を支持する１つの突起部を有し、前記張力付加機構は、前記基板ホルダーに対し移動可能で前記突起部との間でマスクを引張る複数の係止部とからなり、前記係止部が前記マスクを引張る方向は、前記突起部と前記係止部の各々を結ぶ直線上にあることを特徴とするマスク固定機構を製膜装置に備えれば良い。
また、突起部は、前記マスクの所定位置を中心として、前記マスクを回転可能に支持するように各部を構成するとよい。
さらに、前記基板ホルダーを複数有するとともに、前記突起部は前記複数の基板ホルダーの間に位置し、前記複数の係止部は基板ホルダーの外側に位置するように各部を構成しても課題を解決することが可能である。

本発明によれば、マスク全体が製膜時に発生する熱及び熱源に対して、露出した状態で基板を覆うので、マスク内において部分的な温度差が生じることがなく、マスク全体が均等に熱膨張することができる。
また、マスクを基板に対して平行な方向に常に一定の力で引張り、テンションを付加しているので、熱膨張したマスクを常に基板に対して平行な状態に保つことができる。
従って、マスクが部分的に盛り上がったり、歪んだりすることがなく、基板とマスクを常に密着した状態に保つことができ、マスクと基板との間への膜材料の回り込みを防ぐことが可能となる。

図１は、真空蒸着法を用いた蒸着装置である。
図１を参照すると、内部を真空に保つことが可能な容器Ｃに真空ポンプＰが排気管Ｐ１を介して接続されている。そして、容器Ｃの内部には、容器Ｃの外部に設けられた電源Ｄに接続された膜材料Ｍを加熱するための加熱部Ｓと容器Ｃ内の所定位置に配置された基板ホルダー１０，２０，３０及び基板ホルダー１０，２０，３０に固定された基板Ｋ及びマスク４０，５０，６０が、加熱部Ｓに対向して設けられている。
成膜時に、加熱部Ｓにより加熱され膜材料Ｍが蒸発して蒸発分子Ｍａとなり放出される方向には、基板ホルダー１０，２０，３０に固定されマスク４０，５０，６０に覆われた基板Ｋが、蒸着する面を膜材料の方向を向けて配置されている。
マスク４０，５０，６０は、金属やセラミック等の材料を用いて形成されている。

次に、本発明であるマスク固定機構を備えた製膜装置の第１の実施の形態を図面に沿って説明する。
図２は、基板とマスクを固定する基板ホルダー１０の基板載置部１０ａを垂直方向から見た図である。
図３（イ）（ロ）は、図２に示されている基板ホルダー１０のＡ−Ａ断面図である。

図２及び図３（イ）（ロ）を参照すると、金属により形成された板状の基板ホルダー１０には、凹部である基板載置部１０ａが形成され、マスクの位置決めを行なう位置決め部１１とマスクに一定の張力を与える張力付加機構１２が設けられている。
この位置決め部１１と張力付加機構１２により、本発明の特徴であるマスク固定機構が構成されている。
凹部１０ａの開口形状は、載置される基板の外形と略一致の形状であり、深さは基板が載置された時に、基板の蒸着する予定の面と基板ホルダー１０の面が一致するように構成されている。
尚、マスク固定機構は、蒸着時のみ基板ホルダー１０に取り付けることが可能な、別体のものでもよい。マスク固定機構を別体のものにすれば、多種多様な基板ホルダーに対して、マスク固定機構を共通化することができる。

位置決め部１１は、基板ホルダーの面から突起し内周に雌ネジ１１ｂが形成された円筒形状である突起部１１ａと、この雌ネジ１１ｂと合致するネジが形成されている雄ネジ１１ｃと、ばね性を有する板を適宜折り曲げてアーチ形状に形成し穴部１１ｅを設けたばね１１ｄにより構成されれている。
雄ネジ１１ｃは、ばね１１ｄに形成された穴部１１ｅを通し、雌ネジ部１１ｂに取り付けられる。（マスク３０の基板ホルダー１０への取り付け方法については、後に説明する。）

マスクへの張力付加機構１２は、基板載置面に突出する係止部１２ａと、張力調整部１２ｃと、ばね１２ｇにより構成されている。
係止部１２ａには、基板ホルダー１０の基板載置面と平行な方向に延びる溝部１２ｂが形成され、後に説明する保持部１２ｅに保持されている。張力調節部１２ｃは、係止部１２ａを保持する保持部１２ｅとこの保持部１２ｅの反対側の一部領域に雄ネジ部１２ｄが形成されている。ばね１２ｇは、バネ性を有する板を適宜折り曲げてアーチ形状に形成し穴部１２ｆが形成されている。
尚、張力付加機構については、重りやソレノイドによりマスクを引くことにより張力を付加する機構など、マスクを一定方向に引くことができれば、どのような機構でもよい。

張力調節部１２ｃは、基板ホルダー１０の基板載置面と平行な透孔１０ｄに挿入されており、保持部１２ｅには係止部１２ａが取り付けられている。ばね１２ｇは、張力調節部１２ｃを穴部１２ｆに挿入し、基板ホルダー１０とナット１２ｈにより挟持されている。
張力調節部１２ｃに取り付けられた係止部１２ａは、基板ホルダー１０に形成された長穴１０ｃから基板載置面に突起している。尚、長穴１０ｃの拡張方向は、係止部１２ａと突起部１１ａを結ぶ直線上を軸に拡張されている。
以上が、本発明の第1の実施の形態の構成である。

次に、本発明の第1の実施の形態における基板Ｋ及びマスク４０の取り付けから保持に至る過程を説明する。
まず、図４は、図２に示されている基板ホルダー１０に固定するマスク４０の平面図である。
マスク４０には、蒸着により基板面に一定形状の膜を形成する為のパターン４０ｃが形成され、さらに、基板ホルダー１０に設けられた位置決め部１１及び張力付加機構１２の係止部１２ａに対応する位置にそれぞれ穴４０ａ，穴４０ｂが形成されている。

図５（イ）（ロ）（ハ）に示されている図は、それぞれ、（イ）基板ホルダー１０に基板Ｋ及びマスク４０が載置される前の状態、（ロ）基板ホルダー１０に基板Ｋ及びマスク４０が載置された状態、（ハ）載置されたマスク４０に位置決め部１１及び張力付加手段１２により一定の張力を付加した状態、を示す。
図５（イ）を参照すると、基板Ｋ、マスク４０、位置決め部１１を構成する雄ネジ１１ｃ及びばね１１ｄの順序で基板ホルダー１０にそれぞれ載置される。
図５（ロ）を参照すると、凹部である基板載置部１０ａには基板Ｋが載置され、円筒部１１ａ及び係止部１２ａをそれぞれ穴部４０ａと４０ｂを挿入することにより、マスク４０が基盤ホルダー１０に取り付けられている。

図５（ハ）を参照すると、マスク４０は位置決め部１１及び張力付加手段１２によりそれぞれ一定の力Ｆ１、Ｆ２を受けて基盤ホルダー１０に固定されている。
力Ｆ１は、雄ネジ１１ｃを締め、バネ１１ｄを一定量撓ませることにより発生するバネの復元力を利用したものであり、マスク４０を基板ホルダーに押しつける方向に作用する。
従って、力Ｆ１をマスク４０に作用させることにより、マスク４０の位置を確実に決めることができ、マスク４０の基板ホルダー１０からの浮きを防止することが可能となる。
Ｆ２は、穴４０ｂの内側に位置する係止部１２ａが、切り欠き部１２ｂでマスク４０を保持しながら、穴４０ｂの内周を押圧することにより発生し、マスク４０を位置決め部１１から遠ざける方向に作用する。

係止部１２ａの動きは、張力調節部１２ｃに取り付けられたナット１２ｈによりコントロールされ、雄ネジ部１２ｄに対してねじを締める方向にナット１２ｈを動かすと、係止部１２ａ位置決め部１１にから遠ざかり、ねじを戻す方向にナット１２ｈを動かすと、位置決め部１１に近づく。
このような張力付加部１２は、マスクを保持した状態でナット１２ｈを締めることにより、ばね１２ｇを撓ませ復元力を発生させ、この復元力によりマスクに張力を与えているので、マスクが蒸着時の熱により膨張しても、安定して張力をマスクに付加し続けることが可能である。

従って、以上のようにマスク４０を保持することにより、マスク全体が露出した状態で基板を覆うことが可能となり、蒸着過程で発生する膜材料を加熱する加熱機構からの熱や膜材料の蒸気の熱に対して、マスク全体を均等にさらすことができ、マスク内において部分的な温度差を生じさせにくく、マスク全体が均等に熱膨張するので、マスクの撓みや反りを防ぐことができる。
また、マスク４０は一点が固定され、複数の点（本実施の形態は３点）に力Ｆ２が作用する、つまり、複数の点でマスクに張力を付加するので、熱によるマスク４０のあらゆる方向の膨張に対しても、マスク４０の撓みなどを防ぎ、マスク４０と基板Ｋの蒸着面と平行な位置関係を保つことが可能となる。
さらに、係止部１２ａに形成された溝部１２ｂがマスクを保持するので、係止部１２ａからのマスク４０の外れを防止することが可能となる。

以上は、真空蒸着法を用いた蒸着装置に本願発明の特徴であるマスク固定機構を構成した場合の構成・作用・効果を説明したものであるが、スパッタリング法及び化学蒸着法を用いた蒸着装置に本願発明の特徴であるマスク固定機構を構成しても、同様な効果を得ることが可能である。

つまり、スパッタリング法を用いた蒸着装置に本願発明の特徴であるマスク固定機構を構成した場合も、マスク全体が露出した状態で基板を覆うことが可能となり、蒸着過程で発生するグロー放電に対して、マスク全体を均等にさらすことができ、マスク内において部分的な温度差を生じさせにくく、マスク全体が均等に熱膨張するので、マスクの撓みや反りを防ぐことができる。
また、マスク４０は一点が固定され、複数の点（本実施の形態は３点）に力Ｆ２が作用する、つまり、複数の点でマスクに張力を付加するので、熱によるマスク４０のあらゆる方向の膨張に対しても、マスク４０の撓みなどを防ぎ、マスク４０と基板Ｋの蒸着面と平行な位置関係を保つことが可能となる。
さらに、係止部１２ａに形成された溝部１２ｂがマスクを保持するので、係止部１２ａからのマスク４０の外れを防止することが可能となる。

化学蒸着法をスパッタリング法を用いた蒸着装置に本願発明の特徴であるマスク固定機構を構成した場合も、マスク全体が露出した状態で基板を覆うことが可能となり、蒸着過程で発生する膜材料を加熱する加熱機構からの熱や膜材料の蒸気の熱に対して、マスク全体を均等にさらすことができ、マスク内において部分的な温度差を生じさせにくく、マスク全体が均等に熱膨張するので、マスクの撓みや反りを防ぐことができる。
また、マスク４０は一点が固定され、複数の点（本実施の形態は３点）に力Ｆ２が作用する、つまり、複数の点でマスクに張力を付加するので、熱によるマスク４０のあらゆる方向の膨張に対しても、マスク４０の撓みなどを防ぎ、マスク４０と基板Ｋの蒸着面と平行な位置関係を保つことが可能となる。
さらに、係止部１２ａに形成された溝部１２ｂがマスクを保持するので、係止部１２ａからのマスク４０の外れを防止することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図面に沿って説明する。
図６は、基板Ｋとマスク５０を固定する基板ホルダー２０の平面図である。
図７は、図６に示された基板ホルダー２０に固定するマスク５０の平面図である。
図６を参照すると、基板ホルダー２０の中心にマスク５０の位置決め部２１が設けられている。この位置決め部２１の外方に、基板ホルダー２０に形成された凹部により構成される４つの基板載置部２０ａと、固定されたマスク５０に一定の張力を与える８つの張力付加機構２２が設けられている。

４つの基板載置部２０ａは、位置決め部２１を中心に、それぞれ隣り合う基板載置部２０ａの間隔を均等になるように、基板ホルダー２０に形成されている。８つの張力付加機構２２は、それぞれ隣り合う張力付加機構２２の間隔が均等になるように、基板ホルダー２０の外周付近に設けられている。
尚、位置決め部２１，基板載置部２０ａ，張力付加機構２２は、第１の実施の形態で示した位置決め部１１，基板載置部１０ａ，張力付加機構１２と、それぞれ同様の機構である。

次に、図７を参照すると、マスク５０には、穴部５０ａ，穴部５０ｂ（８箇所），パターン部５０ｃ（４箇所）が形成されている。
穴部５０ａは、マスク５０を基板ホルダー２０に固定する際に、位置決め部２１を挿入するためのものである。
パターン部５０ｃは、基板面に一定形状の膜を蒸着させる為のものであり、穴部５０ａを中心に、それぞれ隣り合うパターン部５０ｃの間隔を均等になるように、マスク５０に形成されている。
穴部５０ｂは、マスク５０を固定する際に張力付加機構２２を挿入するためのもので、互いに隣り合う穴部５０ｂの間隔がが均等になるように設けられている。
尚、第２の実施の形態において、基板ホルダー６０への基板Ｋ及びマスク５０の取り付けから保持に至る過程は、第１の実施の形態における基板ホルダー１０への基板Ｋ及びマスク４０の取り付けから保持に至る過程と同様であるので、説明を省略する。

以上のように各部を構成すれば、第1の実施の形態で説明した効果を保ちつつ、複数の基板を同時に蒸着することができる。
また、マスクの位置決めを４つのパターン部５０ｃそれぞれから同じ間隔の位置にある穴部５０ｃに、４つ基板載置部２０ａそれぞれから同じ間隔の位置にある突起部２１を挿入することにより行なうので、いずれの基板及びパターンもマスクの位置決めの位置から同じ距離にあり、各基板の蒸着面に対してパターンの位置ずれが最小限で済む。
つまり、それぞれのパターン部及び基板載置部から異なった距離でマスク位置決めする場合と比較すると、マスクの熱膨張によるパターン部の基板載置部に対する位置ズレを最小限にすることができる。
従って、基板面の所定の位置に膜を形成することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を図面に沿って説明する。
図８は、基板Ｋとマスク６０を固定する基板ホルダー３０の平面図である。
図９は、図８に示された基板ホルダー３０に固定するマスク６０の平面図である。
図８を参照すると、基板ホルダー３０には、凹部である基板載置部３０ａを挟んで、基板ホルダー３０に固定された突起部３１と基板ホルダー３０に形成された穴部３０ｂ内を移動できる係止部３２ａが設けられている。
固定された突起部３１の平面から見た形状は、帯形状であり、マスク６０の基板ホルダー３０に対する位置を決めるための凸形状である位置決め部３１ｂが形成されている。
また、係止部３２ａも平面から見た形状は帯形状であり、マスク６０に張力を付加する張力付加機構３２の一部をなすものである。尚、張力付加機構３２の構成については、第１の実施の形態で示した張力付加機構１２と同様の機構である。
固定された突起部３１と係止部３２ａは、互いの部位が平行になるように位置しており、係止部３２ａはこの平行の状態を保ったまま、基板ホルダー３０に形成された穴部３０ｂ内を移動することができる。

次に、図９を参照すると、マスク内にはマスクを基板ホルダー３０に固定する際に、突起部３１と係止部３２ａを挿入可能な位置に、穴部６０ａ及び穴部６０ｂが形成されている。これら穴部の形状は、挿入する突起部の平面から見た形状に略一致している。つまり、マスク６０は位置決め部３１ｂにより、基板ホルダー３０に対して位置が決まるように構成されている。
以上のように構成されたマスク６０は、固定された突起部３１と移動可能な係止部３２ａをそれぞれ対応する穴部６０ａ及び６０ｂに挿入し、基板ホルダー３０に載置される。
このように各部を構成すれば、マスク６０が受ける張力は、帯状の係止部３２ａの面３２ｂ全体で穴部６０ｂの内側を押圧するので、押圧されるマスク穴部６０ｂが形成されている付近の辺全体に力を均等に加えることができ、安定して張力をマスクに付加することが可能となる。

マスク固定手段を用いた真空蒸着装置の概要を示す図 第１の実施の形態で用いる基板ホルダーを示す平面図 図２に示されたＡ−Ａ断面図 第１の実施の形態で用いるマスクの平面図 第１の実施の形態におけるマスクの保持過程を示す断面図 第２の実施の形態で用いる基板ホルダーを示す平面図 第２の実施の形態で用いるマスクの平面図 第３の実施の形態で用いる基板ホルダーを示す平面図 第３の実施の形態で用いるマスクの平面図

符号の説明

１０，２０，３０ 基板ホルダー
４０，５０，６０ マスク
１１，２１，３１ｂ 位置決め部
１２，２２，３２ 張力付加機構

Claims (3)

1. 所定の開口パターンを有するマスクにより薄膜を基板に形成する蒸着装置において、
   前記基板を載置する基板ホルダーと、
   前記マスクを前記基板に対して固定するマスク固定機構を有し、
   前記マスク固定機構は、マスクを位置決めする位置決め部とマスクに対して張力を与える張力付加機構からなり、
   前記位置決め部は、前記マスクの所定位置を支持する１つの突起部を有し、
   前記張力付加機構は、前記基板ホルダーに対し移動可能で、前記突起部との間でマスクを引張る複数の係止部とからなり、
   前記係止部が前記マスクを引張る方向は、前記突起部と前記係止部の各々を結ぶ直線上にあることを特徴とするマスク固定機構を備えた製膜装置。
2. 前記突起部は、前記マスクの所定位置を中心として、前記マスクを回転可能に支持することを特徴とする請求項１に記載のマスク固定機構を備えた製膜装置。
3. 前記基板ホルダーを複数有するとともに、前記突起部は前記複数の基板ホルダーの間に位置し、前記複数の係止部は基板ホルダーの外側に位置することを特徴とする請求項１乃至２に記載の製膜装置。

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