JP2006063433A - Masking mechanism and film deposition apparatus having the same - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a masking mechanism capable of easily realizing miniaturization by a simple configuration, and a film deposition apparatus having the same. <P>SOLUTION: The masking mechanism 10 comprises a vacuum flange 11 to be mounted while sealing an opening part of a vacuum chamber, a driving shaft 12 which is rotatably supported by the vacuum flange and movable in the axial direction with the rotational motion and the straight motion being applied to an outer end thereof, and a mask part 13 mounted on an inner end of the driving shaft 12. The mask part 13 includes a disk-shaped mask supporting disk 13a vertically fixed to and held by the driving shaft 12, a plurality of mask supporting plates 13b arranged in a substantially polygonal prism shape on the whole so as to extend inwardly in the axial direction along an outer circumferential edge of the mask supporting disk 13a, and a mask 13c having a mask hole of a predetermined shape mounted on each mask supporting plate 13a. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、成膜装置に用いるマスキング機構とこのマスキング機構を備えた成膜装置に関する。   The present invention relates to a masking mechanism used for a film forming apparatus and a film forming apparatus provided with the masking mechanism.

近年、種々の組成の材料チップを作製するための成膜装置や、コンビナトリアル成膜装置などが使用されている。このようなコンビナトリアル成膜装置を使用することによって、同一真空工程で、種々の組成を備えた物質群のライブラリーを同一基板上に一度に形成でき、ライブラリーから新物質、新組成の発見、あるいはライブラリーの特性から理論的予測を得ることができる。これにより、従来法では100年かかる物質探査を、コンビナトリアル成膜装置を用いれば一ヶ月程度に短縮することができるといわれている。   In recent years, film forming apparatuses for producing material chips having various compositions, combinatorial film forming apparatuses, and the like have been used. By using such a combinatorial deposition system, a library of substance groups having various compositions can be formed on the same substrate at the same time in the same vacuum process, and discovery of new substances and new compositions from the library. Alternatively, theoretical predictions can be obtained from library characteristics. As a result, it is said that the exploration of a substance that takes 100 years in the conventional method can be shortened to about one month if a combinatorial film forming apparatus is used.

コンビナトリアル成膜装置は、基板上の所望の部分のみに物質供給を限定する手段、種類の異なる薄膜の成膜手段及び基板上の所望の部分の構造を解析する構造解析手段を必須としており、例えば複数のマスク装置,ターゲット切替装置,アブレーション・レーザ光導入装置,基板加熱用レーザ装置や、RHEED装置等の膜厚モニタを有している(例えば、特許文献1参照)。   The combinatorial film forming apparatus requires a means for limiting the substance supply to only a desired portion on the substrate, a film forming means for forming different types of thin films, and a structure analyzing means for analyzing the structure of the desired portion on the substrate. A plurality of mask devices, target switching devices, ablation / laser light introducing devices, substrate heating laser devices, RHEED devices, and other film thickness monitors are included (see, for example, Patent Document 1).

そして、従来、複数のマスク装置として、非特許文献1には、図11に示すような構成のマスキング機構が開示されている。図11において、マスキング機構50は、真空チャンバー52内に配置された円板状のマスク支持板53と、このマスク支持板53の中心に取り付けられた駆動軸54と、から構成されている。   Conventionally, Non-Patent Document 1 discloses a masking mechanism configured as shown in FIG. 11 as a plurality of mask devices. In FIG. 11, the masking mechanism 50 includes a disk-shaped mask support plate 53 disposed in the vacuum chamber 52 and a drive shaft 54 attached to the center of the mask support plate 53.

マスク支持板53は、その同一円周上に沿って、種々の形状のマスク孔53aを備えている。駆動軸54はその外端が真空チャンバー52を貫通して外部に突出しており、図示しない駆動源に連結されることにより、回転駆動されるようになっている。これにより、駆動軸54が回転駆動されると、マスク支持板53は、矢印で示すように、その中心の周りに回動して、各マスク孔53aが所定位置付近に持ち来たされ、さらにマスク板53の回転速度が制御される。   The mask support plate 53 includes various shapes of mask holes 53a along the same circumference. An outer end of the drive shaft 54 penetrates the vacuum chamber 52 and protrudes to the outside, and is driven to rotate by being connected to a drive source (not shown). As a result, when the drive shaft 54 is driven to rotate, the mask support plate 53 rotates around its center as indicated by the arrow, and each mask hole 53a is brought near a predetermined position. The rotational speed of the mask plate 53 is controlled.

このような構成のマスキング機構50によれば、まずマスキング機構50を真空チャンバー52内にセットすると共に、成膜すべき基板55を、マスキング機構50のマスク支持板53の所定位置の上方にセットし、さらにその下方にターゲット(図示せず)をセットして、この真空チャンバー52内を真空排気する。そして、真空チャンバー52の外側に突出している駆動軸54の外端を回転駆動することにより、マスク支持板53の所望のマスク孔53aが、所定位置に隣接して配置される。   According to the masking mechanism 50 having such a configuration, the masking mechanism 50 is first set in the vacuum chamber 52, and the substrate 55 to be deposited is set above a predetermined position of the mask support plate 53 of the masking mechanism 50. Further, a target (not shown) is set below it, and the vacuum chamber 52 is evacuated. Then, by rotating the outer end of the drive shaft 54 protruding outside the vacuum chamber 52, a desired mask hole 53a of the mask support plate 53 is disposed adjacent to a predetermined position.

この状態から、ターゲットに対して、例えば、アブレーション・レーザ光を照射することにより、ターゲットの材料を蒸発させる。同時に、マスキング機構50の駆動軸54を駆動制御することにより、マスク支持板53を適宜の回転速度で回転駆動する。
このようにして、ターゲットの材料の蒸発流が、マスキング支持板53のマスク孔53aを介して基板55の表面に蒸着される。その際、所定位置に隣接して配置されたマスク孔53aが円周方向に移動することによって、基板55の表面の各所におけるマスク孔53aを通過する蒸発流に曝される時間が、マスク孔53aの形状に基づいて制御され、基板55の表面に成膜される膜厚が制御されることになる。かくして、各マスク孔53aを適宜の形状に形成することにより、所謂三元組成傾斜膜が形成される。
From this state, the target material is evaporated by, for example, irradiating the target with ablation laser light. At the same time, by drivingly controlling the drive shaft 54 of the masking mechanism 50, the mask support plate 53 is rotationally driven at an appropriate rotational speed.
In this way, the evaporation flow of the target material is deposited on the surface of the substrate 55 through the mask holes 53 a of the masking support plate 53. At this time, the mask hole 53a arranged adjacent to the predetermined position moves in the circumferential direction, so that the time exposed to the evaporating flow passing through the mask hole 53a on each surface of the substrate 55 is reduced. Therefore, the film thickness formed on the surface of the substrate 55 is controlled. Thus, a so-called ternary composition gradient film is formed by forming each mask hole 53a in an appropriate shape.

また、非特許文献1及び非特許文献2には、図12に示すような構成のマスキング機構が開示されている。図12において、マスキング機構60は、真空チャンバー52内に配置された細長い板状のマスク支持板57と、このマスク支持板57の一端から長手方向に延びるように取り付けられた駆動軸58と、から構成されている。   Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose a masking mechanism configured as shown in FIG. In FIG. 12, the masking mechanism 60 includes an elongated plate-like mask support plate 57 disposed in the vacuum chamber 52, and a drive shaft 58 attached so as to extend from one end of the mask support plate 57 in the longitudinal direction. It is configured.

マスク支持板57は、その長手方向に沿って、種々の形状のマスク孔57aを備えている。駆動軸58は、その外端が真空チャンバー52を貫通して外部に突出しており、図示しない駆動源に連結されることにより、軸方向に沿って直線的に駆動される。こうして、駆動軸58が往復して駆動されると、マスク支持板57は、矢印で示すように、その長手方向に沿って移動して、各マスク孔57aが所定位置付近に持ち来たされ、さらに、マスク板57の直線運動速度が制御される。   The mask support plate 57 includes mask holes 57a of various shapes along the longitudinal direction. The drive shaft 58 has an outer end protruding through the vacuum chamber 52 to the outside, and is driven linearly along the axial direction by being connected to a drive source (not shown). Thus, when the drive shaft 58 is driven to reciprocate, the mask support plate 57 moves along its longitudinal direction as indicated by the arrows, and each mask hole 57a is brought near a predetermined position. Further, the linear motion speed of the mask plate 57 is controlled.

このような構成のマスキング機構60によれば、まずマスキング機構60を真空チャンバー52内にセットすると共に、成膜すべき基板55を、マスキング機構60のマスク支持板57の所定位置の上方にセットし、さらにその下方にターゲット(図示せず)をセットして、この真空チャンバー52内を真空排気する。そして、真空チャンバー52の外側に突出している駆動軸58の外端を往復駆動することにより、上記マスク支持板57の所望のマスク孔57aが、所定位置に隣接して配置される。   According to the masking mechanism 60 having such a configuration, the masking mechanism 60 is first set in the vacuum chamber 52, and the substrate 55 to be deposited is set above a predetermined position of the mask support plate 57 of the masking mechanism 60. Further, a target (not shown) is set below it, and the vacuum chamber 52 is evacuated. Then, by reciprocating the outer end of the drive shaft 58 protruding outside the vacuum chamber 52, the desired mask hole 57a of the mask support plate 57 is disposed adjacent to a predetermined position.

この状態から、図示しないターゲットに対して、例えば、アブレーション・レーザ光を照射して、ターゲット材料を蒸発させる。同時に、マスキング機構60の駆動軸58を駆動制御して、マスク支持板57を適宜の移動速度で直線的に移動させる。これにより、ターゲット材料の蒸発流が、マスク支持板57のマスク孔57aを介して基板55の表面に蒸着される。その際、所定位置に隣接して配置されたマスク孔57aが長手方向に移動することによって、基板55の表面の各所における当該マスク孔57aを通過する蒸発流に曝される時間が、マスク孔57aの形状に基づいて制御され、基板55の表面に成膜される膜厚が制御される。このようにして、同様に各マスク孔57aを適宜の形状に形成することによって、所謂三元組成傾斜膜が形成される。   From this state, a target material (not shown) is irradiated with, for example, an ablation laser beam to evaporate the target material. At the same time, the drive shaft 58 of the masking mechanism 60 is driven and controlled to move the mask support plate 57 linearly at an appropriate moving speed. As a result, the evaporation flow of the target material is deposited on the surface of the substrate 55 through the mask holes 57 a of the mask support plate 57. At that time, the mask hole 57a arranged adjacent to the predetermined position moves in the longitudinal direction, so that the time exposed to the evaporating flow passing through the mask hole 57a on each surface of the substrate 55 is reduced. The film thickness formed on the surface of the substrate 55 is controlled based on the shape. In this manner, by similarly forming each mask hole 57a in an appropriate shape, a so-called ternary composition gradient film is formed.

特願2000−259777号Japanese Patent Application No. 2000-259777 R. Takahashi 他6名,"Development of a new combinatorial mask for addressable ternary phase diagramming: application to rare earth doped phosphors",Applied Surface Science, Vol.223, pp.249-252 (2004)R. Takahashi and 6 others, "Development of a new combinatorial mask for addressable ternary phase diagramming: application to rare earth doped phosphors", Applied Surface Science, Vol.223, pp.249-252 (2004) M. Lippmaa 他5名,"Design of compact pulsed laser depos-ition chambers for the growth of combinatorial oxide thin film li-braries",App-lied Surface Science, Vol.189, pp.205-209 (2002)M. Lippmaa and 5 others, "Design of compact pulsed laser depos-ition chambers for the growth of combinatorial oxide thin film li-braries", App-lied Surface Science, Vol.189, pp.205-209 (2002)

ところで、このような構成のマスキング機構50,60のうち、マスキング機構50においては、円板状のマスク支持板53に、マスク孔53aを形成していることから、多数のマスク孔53aを備えることが可能である。したがって、多種のマスク形状を導入することによって、種々の三元組成傾斜膜を形成することが可能である。
しかしながら、マスク支持板53が駆動軸54により回転駆動されることによって、各マスク孔53aが円形の軌道上を移動することになるため、マスク支持板53の回転速度の制御による膜厚傾斜の線形性が低下してしまうという課題がある。
Of the masking mechanisms 50 and 60 having such a configuration, the masking mechanism 50 includes a plurality of mask holes 53a because the mask holes 53a are formed in the disk-shaped mask support plate 53. Is possible. Therefore, various ternary composition gradient films can be formed by introducing various mask shapes.
However, when the mask support plate 53 is rotationally driven by the drive shaft 54, each mask hole 53a moves on a circular orbit, so that the film thickness gradient is linear by controlling the rotational speed of the mask support plate 53. There is a problem that the performance is lowered.

これに対して、マスキング機構60においては、マスク支持板57が直線移動することから、マスク支持板57の直線移動速度の制御による膜厚傾斜の線形性は良好であるが、多数のマスク孔57aを備える場合、マスク支持板57が長手方向に長く形成されると共に、マスク支持板57の直線移動距離が長くなってしまう。このため、マスキング機構全体が大型化してしまうと共に、コンビナトリアル成膜装置で使用する場合に、真空チャンバー52内に、マスク支持板57の移動スペースを確保する必要があることから、コンビナトリアル成膜装置全体が大型化してしまうという課題がある。
さらに、このようなマスキング機構は、コンビナトリアル成膜装置だけでなく、広く気相成長法による成膜装置においても使用されており、同様の課題がある。
On the other hand, in the masking mechanism 60, since the mask support plate 57 moves linearly, the linearity of the film thickness gradient by controlling the linear moving speed of the mask support plate 57 is good, but a large number of mask holes 57a. Is provided, the mask support plate 57 is formed long in the longitudinal direction, and the linear movement distance of the mask support plate 57 becomes long. For this reason, the entire masking mechanism is increased in size and, when used in a combinatorial film forming apparatus, it is necessary to secure a moving space for the mask support plate 57 in the vacuum chamber 52. Therefore, the entire combinatorial film forming apparatus is used. There is a problem that the size is increased.
Furthermore, such a masking mechanism is used not only in a combinatorial film forming apparatus but also widely in a film forming apparatus using a vapor deposition method, and has the same problem.

本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により、容易に小型化に対応することができるようにした、マスキング機構及びそれを備えた成膜装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a masking mechanism and a film forming apparatus including the masking mechanism which can easily cope with downsizing with a simple configuration.

上記目的を達成するため、本発明のマスキング機構は、真空チャンバーの開口部を密閉するように取り付けられる真空フランジと、真空フランジを貫通して外部に延びると共に、この真空フランジに対して回転可能にそして軸方向に移動可能に支持され、その外端に回転運動及び直線運動が加えられる駆動軸と、駆動軸の内端に取り付けられたマスク部とを備えており、マスク部が、駆動軸に対して垂直に固定保持された円板状のマスク支持円板と、このマスク支持円板の外周縁に沿って軸方向内側に延びるように、全体としてほぼ多角柱状に配置された複数個のマスク支持板と、各マスク支持板に取り付けられた所定の形状のマスク孔を備えたマスクとを含んでいることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the masking mechanism of the present invention includes a vacuum flange attached to seal the opening of the vacuum chamber, and extends to the outside through the vacuum flange and is rotatable with respect to the vacuum flange. A driving shaft that is supported so as to be movable in the axial direction, and that has rotational movement and linear motion applied to the outer end thereof, and a mask portion that is attached to the inner end of the driving shaft are provided. And a plurality of masks arranged in a substantially polygonal column as a whole so as to extend inward in the axial direction along the outer peripheral edge of the mask support disc. It includes a support plate and a mask having a mask hole of a predetermined shape attached to each mask support plate.

上記構成によれば、マスク部の各マスク支持板に対して所定の形状のマスク孔を備えたマスクを取り付けて、真空チャンバーに設けられた開口部から本マスキング機構を真空チャンバー内に挿入すると共に、真空フランジにて上記開口部を閉塞し、真空チャンバー内を真空排気する。この状態から、駆動軸を回転駆動して、マスク部全体を駆動軸の周りに回転させる。
これにより、マスク部の各マスク支持板に取り付けられたマスクのうち、選択した一つのマスクが所定位置に持ち来たされる。そして、真空チャンバー内にて所定位置の下方に配置されたターゲットに対してアブレーション・レーザ光等を照射して、ターゲットの材料を蒸発させると、真空チャンバー内にて、所定位置の上方に配置された基板に向かってターゲット材料の蒸気が流れて、この基板表面に蒸着し、このターゲット材料の薄膜が成膜される。
According to the above configuration, a mask having a mask hole of a predetermined shape is attached to each mask support plate of the mask portion, and the masking mechanism is inserted into the vacuum chamber from the opening provided in the vacuum chamber. The opening is closed with a vacuum flange, and the vacuum chamber is evacuated. From this state, the drive shaft is rotationally driven to rotate the entire mask portion around the drive shaft.
As a result, one of the masks attached to each mask support plate of the mask portion is brought to a predetermined position. Then, when the target material disposed below the predetermined position in the vacuum chamber is irradiated with ablation laser light or the like to evaporate the target material, the target material is disposed above the predetermined position in the vacuum chamber. The target material vapor flows toward the substrate and is deposited on the surface of the substrate to form a thin film of the target material.

上記構成において、各マスクは、好ましくは、互いに形状の異なるマスク孔を備えている。この構成によれば、各マスクをコンビナトリアル成膜装置用のマスクキング機構とすることができる。   In the above configuration, each mask preferably includes mask holes having different shapes. According to this configuration, each mask can be a masking mechanism for a combinatorial film forming apparatus.

上記構成において、好ましくは、駆動軸が回転駆動されたとき、マスク部が駆動軸と共に回転することにより、所定のマスク支持板に取り付けられたマスクが順次に所定位置に持ち来たされ、所望のマスクが選択される。従って、駆動軸を回転駆動することによって、各マスクが容易に所定位置に持ち来たされ得る。   In the above configuration, preferably, when the drive shaft is driven to rotate, the mask portion rotates together with the drive shaft, so that the mask attached to the predetermined mask support plate is sequentially brought to a predetermined position, and a desired position is obtained. A mask is selected. Therefore, each mask can be easily brought to a predetermined position by rotationally driving the drive shaft.

上記構成において、好ましくは、駆動軸が軸方向に直線駆動されたとき、マスク部が駆動軸と共に軸方向に移動して、所定位置に位置するマスク支持板に取り付けられたマスクのマスク孔がマスキングのために所定速度で軸方向に移動する。この構成によれば、駆動軸を軸方向に沿って移動させることによって、各マスクが容易にマスキングのため軸方向に移動される。この際、駆動軸が軸方向に沿って一定速度で移動されることにより、選択され所定位置に配置されたマスクのマスク孔が、所定位置の領域にて軸方向に所定速度で移動して、マスキングが行なわれる。これにより、基板上に成膜されるターゲット材料の薄膜は、このようなマスキングによって軸方向に対応して、ある方向に濃度勾配を有することになる。   In the above configuration, preferably, when the drive shaft is linearly driven in the axial direction, the mask portion moves in the axial direction together with the drive shaft, and the mask hole of the mask attached to the mask support plate located at a predetermined position is masked. Move in the axial direction at a predetermined speed. According to this configuration, by moving the drive shaft along the axial direction, each mask is easily moved in the axial direction for masking. At this time, by moving the drive shaft at a constant speed along the axial direction, the mask hole of the mask selected and disposed at the predetermined position moves at a predetermined speed in the axial direction in the region of the predetermined position, Masking is performed. Thereby, the thin film of the target material formed on the substrate has a concentration gradient in a certain direction corresponding to the axial direction by such masking.

上記構成において、好ましくは、各マスクが、それぞれ互いに異なる方向の濃度勾配を与えるように、互いに異なる方向に延びるマスクエッジを備えている。この構成によれば、各マスクのマスクエッジによって、それぞれ互いに異なる方向の濃度勾配を有する薄膜が基板上に形成される。
このため、互いに異なる方向の濃度勾配を与えるようなマスク形状のマスクを組み合わせて、駆動軸の回転駆動によるマスク部を回動させ、順次にこれらのマスクを選択して、各マスクについて駆動軸の軸方向の直線運動によりマスク移動をさせて、互いに異なる方向の濃度勾配を有する複数の薄膜を形成することができる。
これにより、三元組成傾斜膜が容易に形成され得る。この際、マスク部の直線運動速度の制御によって、基板上に成膜される薄膜の膜厚傾斜の線形性が良好に保持されることになり、例えば三元組成勾配膜が容易に且つ正確に形成される。
また、各マスクが、多角柱状に配置されたマスク支持板に取り付けられ、駆動軸の回転駆動によって、各マスクが順次に所定位置に持ち来たされ得るので、比較的小型に構成することで、多数のマスクがマスク部に装着でき、多彩なマスキングが可能となる。
In the above configuration, each mask is preferably provided with mask edges extending in different directions so as to give density gradients in different directions. According to this configuration, thin films having concentration gradients in different directions are formed on the substrate by the mask edge of each mask.
For this reason, masks having mask shapes that give different density gradients in different directions are combined, the mask portion is rotated by driving the drive shaft, these masks are sequentially selected, and the drive shaft for each mask is selected. A plurality of thin films having concentration gradients in different directions can be formed by moving the mask by linear motion in the axial direction.
Thereby, a ternary composition gradient film can be formed easily. At this time, by controlling the linear motion speed of the mask portion, the linearity of the film thickness gradient of the thin film formed on the substrate is satisfactorily maintained. For example, a ternary gradient film can be easily and accurately formed. It is formed.
In addition, each mask is attached to a mask support plate arranged in a polygonal column shape, and each mask can be sequentially brought to a predetermined position by the rotational drive of the drive shaft. A large number of masks can be attached to the mask part, and a variety of masking becomes possible.

また、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置は、好ましくは、真空チャンバー内に配設される成膜用材料の供給源と、基板ステージと、を備える。具体的には、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内に配設される成膜用材料の供給源と、基板ステージとマスキング機構と、を有し、マスキング機構が、真空チャンバーの開口部を密閉するように取り付けられる真空フランジと、真空フランジを貫通して外部に延びると共に、この真空フランジに対して回転可能にそして軸方向に移動可能に支持され、その外端に回転運動及び直線運動が加えられる駆動軸と、駆動軸の内端に取り付けられたマスク部と、を備えており、マスク部が、駆動軸に対して垂直に固定保持された円板状のマスク支持円板と、このマスク支持円板の外周縁に沿って軸方向内側に延びるように、全体としてほぼ多角柱状に配置された複数個のマスク支持板と、各マスク支持板に取り付けられた所定形状のマスク孔を備えたマスクと、を含んでいることを特徴とする。好ましくは、成膜用材料の供給源は、少なくとも、前記成膜用材料を気相状態で供給する供給源である。
上記構成によれば、簡単な構成により、容易に小型化に対応することができるようにした、マスキング機構を備えた成膜装置を提供することができる。
In addition, the film forming apparatus provided with the masking mechanism of the present invention preferably includes a film forming material supply source disposed in a vacuum chamber and a substrate stage. Specifically, a film forming apparatus provided with a masking mechanism of the present invention includes a vacuum chamber, a supply source of a film forming material disposed in the vacuum chamber, a substrate stage, and a masking mechanism. A masking mechanism is mounted to seal the vacuum chamber opening, and extends outward through the vacuum flange and is supported rotatably and axially movable relative to the vacuum flange; A circle having a drive shaft to which rotational motion and linear motion are applied to the outer end, and a mask portion attached to the inner end of the drive shaft, the mask portion being fixed and held perpendicular to the drive shaft A plate-shaped mask support disc, a plurality of mask support plates arranged in a substantially polygonal column as a whole so as to extend inward in the axial direction along the outer peripheral edge of the mask support disc, and each mask support Characterized in that it includes a mask having a predetermined shape of the mask holes attached to. Preferably, the film forming material supply source is at least a supply source for supplying the film forming material in a gas phase state.
According to the above configuration, it is possible to provide a film forming apparatus including a masking mechanism that can easily cope with downsizing with a simple configuration.

本発明によれば、駆動軸の周りに多角形状にマスクを配置することにより、駆動軸の回転によって、所望のマスクを選択して所定位置に持ち来たすことができると共に、駆動軸を軸方向に移動させることによって、選択したマスクを軸方向に移動させて、マスキングを行なうことができる。したがって、各マスクが多角柱状に配置されていることから、マスク部に多数のマスクが装着されると共に、全体として比較的小型に構成される。また、マスキングの際には、選択されたマスクが駆動軸の軸方向に沿って移動して、直線的なマスク孔の移動によりマスキングされるので、基板上に成膜された薄膜の膜厚傾斜の線形性が良好に保持されることになる。   According to the present invention, by arranging the mask in a polygonal shape around the drive shaft, a desired mask can be selected and brought to a predetermined position by rotating the drive shaft, and the drive shaft can be moved in the axial direction. By moving, the selected mask can be moved in the axial direction to perform masking. Therefore, since each mask is arranged in a polygonal column shape, a large number of masks are mounted on the mask portion, and the overall configuration is relatively small. Also, when masking, the selected mask moves along the axial direction of the drive shaft and is masked by the movement of the linear mask hole, so the film thickness gradient of the thin film formed on the substrate Thus, the linearity of the above is maintained well.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
最初に、本発明の第一の実施形態による成膜装置に用いるマスキング機構について説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る成膜装置に用いるマスキング機構の構成を示す概略斜視図であり、図2は、図1のマスキング機構の要部の詳細な構成を示す部分拡大断面図である。図1において、マスキング機構10は、成膜装置用のマスキング機構であって、真空フランジ11と、駆動軸12と、マスク部13と、を含んでいる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the masking mechanism used in the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a masking mechanism used in the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a part showing a detailed configuration of a main part of the masking mechanism of FIG. It is an expanded sectional view. In FIG. 1, a masking mechanism 10 is a masking mechanism for a film forming apparatus, and includes a vacuum flange 11, a drive shaft 12, and a mask unit 13.

真空フランジ11は、所謂ICFフランジ、例えば、米国Varian社のコンフラットフランジとして市販されているフランジであって、無酸素銅ガスケット等を使用して、高真空でも高い気密性を保持することができるようになっている。   The vacuum flange 11 is a so-called ICF flange, for example, a flange commercially available as a conflat flange of Varian USA, and can maintain high airtightness even in high vacuum using an oxygen-free copper gasket or the like. It is like that.

駆動軸12は、真空フランジ11を貫通するように、真空フランジ11に対して軸受部11aを介して、矢印Aで示すように回転可能に、かつ、矢印Bで示すように軸方向に移動可能に気密的に支持されている。
図2に示すように、真空フランジ11が真空チャンバー14の側壁の開口部に取り付けられたとき、外端が真空フランジ11の外側に突出するようになっている。そして、駆動軸12の外端が駆動源(図示せず)に連結されることにより、駆動軸12が回転駆動され、また軸方向に往復移動される。
The drive shaft 12 can rotate with respect to the vacuum flange 11 via the bearing portion 11a so as to pass through the vacuum flange 11, and can move in the axial direction as indicated with an arrow B. Is airtightly supported.
As shown in FIG. 2, when the vacuum flange 11 is attached to the opening of the side wall of the vacuum chamber 14, the outer end protrudes outside the vacuum flange 11. The outer end of the drive shaft 12 is connected to a drive source (not shown), so that the drive shaft 12 is rotationally driven and reciprocated in the axial direction.

図3は、図1のマスキング機構におけるマスク部の正面図である。図2及び図3に示すように、マスク部13は、駆動軸12に垂直に固定保持された円板状のマスク支持円板13aと、このマスク支持円板13aの外周縁に沿ってで軸方向内側に延びるようにマスク支持円板13aに取り付けられた複数個、図示の場合、12個のマスク支持板13bと、各マスク支持板13bにそれぞれ取り付けられたマスク13cと、を含んでいる。各マスク支持板13bは、マスク支持円板13aの外周縁に沿って、多角形の形状で配設され、全体として多角柱状に構成される。例えば、等角度間隔で、配設されてもよい(図示の場合、30度間隔)。この場合には、マスク支持板13bは、マスク支持円板13aの外周縁に沿って等角度間隔に配置され、全体として正多角柱状に構成されている。   FIG. 3 is a front view of a mask portion in the masking mechanism of FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the mask portion 13 includes a disc-shaped mask support disc 13a fixed and held perpendicular to the drive shaft 12, and an axis along the outer peripheral edge of the mask support disc 13a. A plurality of, in the illustrated case, 12 mask support plates 13b attached to the mask support disc 13a so as to extend inward in the direction, and a mask 13c attached to each mask support plate 13b are included. Each mask support plate 13b is arranged in a polygonal shape along the outer peripheral edge of the mask support disc 13a, and is configured as a polygonal column as a whole. For example, they may be arranged at equiangular intervals (in the illustrated case, 30 degrees apart). In this case, the mask support plate 13b is arranged at equiangular intervals along the outer peripheral edge of the mask support disc 13a, and is configured as a regular polygonal column as a whole.

図4は、図3のマスク部におけるマスク支持板の構成を示す拡大平面図である。図4に示すように、マスク支持板13bは、それぞれ先端側にマスク13cを支持し得るように構成されており、各マスク13cは、公知の方法で、例えばネジによりマスク支持板13bに対して取り付けられる。   FIG. 4 is an enlarged plan view showing the configuration of the mask support plate in the mask portion of FIG. As shown in FIG. 4, each mask support plate 13b is configured to support the mask 13c on the tip side, and each mask 13c is attached to the mask support plate 13b by a known method, for example, with screws. It is attached.

本発明のマスキング機構10によれば、駆動軸を回転駆動することにより、マスク部全体を駆動軸の周りに回転させる。これにより、マスク部の各マスク支持板に取り付けられたマスクのうち、選択した一つのマスクが駆動軸を回転駆動することによって、所定位置に持ち来たされる。   According to the masking mechanism 10 of the present invention, the entire mask portion is rotated around the drive shaft by rotationally driving the drive shaft. Thus, one of the masks attached to each mask support plate of the mask portion is brought to a predetermined position by rotationally driving the drive shaft.

この際、駆動軸が軸方向に直線駆動されたとき、マスク部が駆動軸と共に軸方向に移動して、所定位置に位置するマスク支持板に取り付けられたマスクのマスク孔がマスキングのために所定速度で軸方向に移動する。これにより、基板上に成膜されるターゲット材料の薄膜は、このようなマスキングによって軸方向に対応して、ある方向に濃度勾配を有することになる。   At this time, when the drive shaft is linearly driven in the axial direction, the mask portion moves in the axial direction together with the drive shaft, and the mask hole of the mask attached to the mask support plate located at a predetermined position is predetermined for masking. Move axially at speed. Thereby, the thin film of the target material formed on the substrate has a concentration gradient in a certain direction corresponding to the axial direction by such masking.

各マスクが、それぞれ互いに異なる方向の濃度勾配を与えるように、互いに異なる方向に延びるマスクエッジを備えている場合には、各マスクのマスクエッジによって、それぞれ互いに異なる方向の濃度勾配を有する薄膜が基板上に形成され得る。このため、互いに異なる方向の濃度勾配を与えるようなマスク形状のマスクを組み合わせて、駆動軸の回転駆動によるマスク部の回動によって順次にこれらのマスクを選択して、各マスクについて駆動軸の軸方向の直線運動によるマスク移動によって、互いに異なる方向の濃度勾配を有する複数の薄膜が形成される。
これにより、三元組成傾斜膜が容易に形成される。この際、マスク部の直線運動速度の制御によって、基板上に成膜される薄膜の膜厚傾斜の線形性が良好に保持されることになり、例えば三元組成勾配薄膜が容易に且つ正確に形成される。
また、各マスクが、多角柱状に配置されたマスク支持板に取り付けられ、駆動軸の回転駆動によって、各マスクが順次に所定位置に持ち来たされるので、比較的小型の構成によって、多数のマスクがマスク部に装着され、多彩なマスキングが可能となる。
When each mask has a mask edge extending in a different direction so as to give a concentration gradient in a different direction, a thin film having a concentration gradient in a different direction is formed on the substrate by the mask edge of each mask. Can be formed on top. For this reason, masks having mask shapes that give different density gradients in different directions are combined, and these masks are sequentially selected by the rotation of the mask portion by the rotational drive of the drive shaft, and the axis of the drive shaft for each mask. A plurality of thin films having concentration gradients in different directions are formed by moving the mask by linear movement in the direction.
Thereby, a ternary composition gradient film is easily formed. At this time, by controlling the linear motion speed of the mask portion, the linearity of the film thickness gradient of the thin film formed on the substrate is satisfactorily maintained. For example, a ternary composition gradient thin film can be easily and accurately It is formed.
In addition, each mask is attached to a mask support plate arranged in a polygonal column shape, and each mask is sequentially brought to a predetermined position by the rotational drive of the drive shaft. A mask is attached to the mask part, and various masking becomes possible.

次に、本発明の第二の実施形態による、マスキング機構を備えた成膜装置について説明する。
図5は、本発明の第二の実施形態によるマスキング機構を備えた成膜装置20を示す概略斜視図である。図5に示すように、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置20は、真空チャンバー14と、成膜用材料の供給源となるターゲット機構15と、基板ステージ16と、真空チャンバー14に取り付けられるマスキング機構10と、を含んで構成されている。図示しないが、真空チャンバー14を真空にするための真空ポンプやその制御装置をさらに備えている。また、基板17に成膜される膜の厚さを測定するための膜厚モニタなどを備えていてもよい。成膜材料を供給するターゲット機構15は、レーザーアブレーション法(以下、適宜、PLD法とよぶ)に用いるターゲット機構15を用いることができる。
Next, a film forming apparatus provided with a masking mechanism according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a film forming apparatus 20 having a masking mechanism according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the film forming apparatus 20 provided with the masking mechanism of the present invention is attached to the vacuum chamber 14, the target mechanism 15 serving as a supply source of the film forming material, the substrate stage 16, and the vacuum chamber 14. And a masking mechanism 10 to be configured. Although not shown, the vacuum chamber 14 is further provided with a vacuum pump for making the vacuum chamber 14 into a vacuum and its control device. Further, a film thickness monitor for measuring the thickness of the film formed on the substrate 17 may be provided. As the target mechanism 15 for supplying the film forming material, the target mechanism 15 used in a laser ablation method (hereinafter, referred to as a PLD method as appropriate) can be used.

次に、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置20の動作について説明する。
図5に示すように、マスキング機構を備えた成膜装置20によれば、マスク部13の各マスク支持板13bに、それぞれ互いに異なる形状のマスク孔を備えたマスク13cを装着して、本マスキング機構10を真空チャンバー14の側壁に設けられた開口部から内部に導入し、真空フランジ11を開口部に装着することにより、この開口部を高真空に対して気密的に閉塞すると共に、マスキング機構10を真空チャンバー14に対して取り付ける。また、同様にしてターゲット15aを装着したターゲット機構15を真空チャンバー14内に装着すると共に、上記真空チャンバー14内に備えられた基板ステージ16に成膜すべき基板17を装着する。
Next, the operation of the film forming apparatus 20 provided with the masking mechanism of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, according to the film forming apparatus 20 provided with the masking mechanism, the mask 13c having mask holes of different shapes is attached to the mask support plates 13b of the mask part 13 to perform the main masking. The mechanism 10 is introduced into the inside through an opening provided on the side wall of the vacuum chamber 14, and the vacuum flange 11 is attached to the opening, whereby the opening is hermetically closed against high vacuum and a masking mechanism. 10 is attached to the vacuum chamber 14. Similarly, the target mechanism 15 having the target 15 a mounted thereon is mounted in the vacuum chamber 14, and the substrate 17 to be deposited is mounted on the substrate stage 16 provided in the vacuum chamber 14.

その後、真空チャンバー14内を真空排気した後、駆動軸12を回転駆動することにより、マスク部13を駆動軸12の周りに回動させて、所望のマスク13cが装着されたマスク支持板13bが上方の所定位置に持ち来たされ、これにより所望の形状のマスク孔を備えたマスク13cが選択され、基板17の直下に配置される。   Thereafter, after evacuating the inside of the vacuum chamber 14, the drive shaft 12 is driven to rotate, whereby the mask portion 13 is rotated around the drive shaft 12, and the mask support plate 13b on which a desired mask 13c is mounted is provided. The mask 13c having a mask hole of a desired shape is selected by being brought to a predetermined position above, and is disposed immediately below the substrate 17.

この状態から、図示しないアブレーション・レーザ光導入装置からアブレーション・レーザ光Lをターゲット機構15のターゲット15aに対して照射する。このため、アブレーション・レーザ光Lによって、当該ターゲット15aが加熱され、真空チャンバー14内で蒸発し、ターゲット15aの材料の蒸気が上方の基板17に向かって流れ、基板17の表面に蒸着されることになる。その際、駆動軸12を矢印B方向に直線移動させると、上述したように選択されたマスク13cが軸方向に移動し、基板17の表面をマスキングすることになる。このマスク13cによるマスキングによって、基板17の表面への蒸着時間が制御されることになり、当該マスク13cの移動速度及びマスクエッジの方向に基づいて、基板17の表面に形成される薄膜が膜厚傾斜を備えることになる。
これにより、適宜のマスク形状を備えたマスク13cを順次に使用して、マスキングを行ないながら、ターゲット機構15にて異なるターゲット15aの材料から成る薄膜を基板17の表面に形成することによって、所謂三元組成傾斜膜が形成される。
From this state, the ablation laser light L is irradiated to the target 15a of the target mechanism 15 from an ablation laser light introducing device (not shown). For this reason, the target 15 a is heated by the ablation laser light L and evaporated in the vacuum chamber 14, and the vapor of the material of the target 15 a flows toward the upper substrate 17 and is deposited on the surface of the substrate 17. become. At this time, when the drive shaft 12 is linearly moved in the direction of arrow B, the mask 13c selected as described above moves in the axial direction and masks the surface of the substrate 17. By the masking by the mask 13c, the deposition time on the surface of the substrate 17 is controlled, and the thin film formed on the surface of the substrate 17 has a film thickness based on the moving speed of the mask 13c and the direction of the mask edge. Will be equipped with a slope.
Thus, a mask 13c having an appropriate mask shape is sequentially used to perform so-called masking while forming a thin film made of a material of different targets 15a on the surface of the substrate 17 by the target mechanism 15, so-called three. An original composition gradient film is formed.

次に、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置20により、基板17上への所謂三元組成傾斜膜として、酸化イットリウム(Y2 3 )に希土類元素、例えばEu(ユウロピウム),Tb(テルビウム)、Tm(ツリウム)をそれぞれドープした蛍光体(M0 .01 1.993 、ここでMは上記希土類元素の何れかである)の三元組成傾斜膜の作製の具体例について説明する。
一般に、一側がマスク移動方向に対して垂直な辺を有する正三角形状の三元組成傾斜膜を形成するためには、それぞれ、各辺に対して垂直な方向の濃度勾配(膜厚傾斜)を備えていればよい。このような濃度勾配を生ぜしめるためのマスクエッジは、それぞれマスク移動方向Aに関して90度,30度及び−30度の方向に延びている必要がある。したがって、マスク13cは、三種類の形状のマスクを使用すればよい。
Next, as a so-called ternary composition gradient film on the substrate 17, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is mixed with a rare earth element such as Eu (europium), Tb ( A specific example of manufacturing a ternary composition gradient film of phosphors (M 0.01 Y 1.99 O 3 , where M is any of the rare earth elements) doped with terbium) and Tm (thulium) will be described. .
In general, in order to form an equilateral triangular ternary composition gradient film having one side perpendicular to the mask movement direction, a concentration gradient (film thickness gradient) in the direction perpendicular to each side is formed. It only has to have. Mask edges for generating such a density gradient need to extend in directions of 90 degrees, 30 degrees, and -30 degrees with respect to the mask moving direction A, respectively. Therefore, the mask 13c may use three types of masks.

図6は、本発明のマスキング機構における三元組成傾斜膜を作製するためのマスクの形状及び移動方向を示す概略図である。図6(A)にて、Euドープの赤色蛍光体の薄膜形成時に使用する第1のマスク22は、軸方向Aに対して30度だけ傾斜して延びるマスクエッジ22aを有している。また、図6(B)にて、Tbドープの緑色蛍光体の薄膜形成時に使用する第2のマスクは24は、軸方向Aに対して−30度だけ傾斜して延びるマスクエッジ24aを有している。さらに、図6(C)にて、Tmドープの青色蛍光体の薄膜形成時に使用する第3のマスク26は、軸方向Aに対して90度に延びるマスクエッジ26aを有している。これらのマスクエッジ22a,24a,26aは、そのマスク移動方向Aに対して垂直な方向に関して、何れも三元組成傾斜膜を形成すべき基板17の正三角形の領域17aに対して十分大きく選定されている。   FIG. 6 is a schematic view showing the shape and moving direction of a mask for producing a ternary composition gradient film in the masking mechanism of the present invention. In FIG. 6A, the first mask 22 used when forming a thin film of Eu-doped red phosphor has a mask edge 22a extending at an inclination of 30 degrees with respect to the axial direction A. In FIG. 6B, the second mask 24 used when forming the thin film of the Tb-doped green phosphor has a mask edge 24a extending at an inclination of −30 degrees with respect to the axial direction A. ing. Further, in FIG. 6C, the third mask 26 used in forming the thin film of the Tm-doped blue phosphor has a mask edge 26a extending 90 degrees with respect to the axial direction A. These mask edges 22a, 24a, and 26a are selected to be sufficiently large with respect to the direction 17 perpendicular to the mask moving direction A, relative to the equilateral triangular region 17a of the substrate 17 on which the ternary composition gradient film is to be formed. ing.

このようなマスク22乃至26を装着したマスキング機構10を真空チャンバー14内にセットすると共に、上記各蛍光体をターゲットとして装着したターゲット機構15を真空チャンバー14内にセットした後、真空チャンバー14内に、所定圧力の酸素を導入し、アブレーション・レーザ光となる、例えば、パルス駆動のエキシマレーザー光をターゲット15aに照射する。これにより、アブレーション・レーザ光が照射されたターゲット15aから、ターゲット蒸気が発生する。   The masking mechanism 10 equipped with such masks 22 to 26 is set in the vacuum chamber 14, and the target mechanism 15 equipped with each phosphor as a target is set in the vacuum chamber 14, Then, oxygen of a predetermined pressure is introduced, and the target 15a is irradiated with, for example, a pulse-driven excimer laser beam that becomes an ablation laser beam. As a result, target vapor is generated from the target 15a irradiated with the ablation laser beam.

駆動軸12を回転駆動させて、第1のマスク22を選択して所定位置に持ち来たした後、駆動軸12を軸方向Aに直線移動させながら、図6(A)に示すように、第1のマスク22のマスクエッジ22aによりマスキングして、基板17の正三角形の領域17aに対して、第1のターゲットの材料であるEuドープ赤色蛍光体から成る薄膜17bを形成する。薄膜17bの形成が済み次第、アブレーション・レーザ光によるターゲットへの照射を停止する。これにより、図6(A)の右端に示すように、基板17の正三角形の領域17aの右下角の頂点から対向する辺に向かって徐々に膜厚が減少する濃度勾配を得ることができる。   After the drive shaft 12 is driven to rotate and the first mask 22 is selected and brought to a predetermined position, the drive shaft 12 is linearly moved in the axial direction A, as shown in FIG. Masking is performed by the mask edge 22 a of the first mask 22, and a thin film 17 b made of Eu-doped red phosphor as a first target material is formed in the equilateral triangular region 17 a of the substrate 17. As soon as the thin film 17b is formed, irradiation of the target with the ablation laser beam is stopped. Thereby, as shown at the right end of FIG. 6A, a concentration gradient in which the film thickness gradually decreases from the apex of the lower right corner of the equilateral triangular region 17a of the substrate 17 toward the opposite side can be obtained.

次に、駆動軸12を回転駆動させて、第2のマスク24を選択して所定位置に持ち来たした後、駆動軸12を軸方向Aに直線移動させながら、ターゲット15aに対してアブレーション・レーザ光を照射する。
図6(B)に示すように、第2のマスク24のマスクエッジ24aによりマスキングして、基板17の正三角形の領域17aに対して、第2のターゲットの材料であるTbドープ緑色蛍光体から成る薄膜17cを形成する。薄膜17cの形成が済み次第、アブレーション・レーザ光によるターゲットへの照射を停止する。これにより、図6(B)の右端に示すように、基板17の正三角形の領域17aの右上角の頂点から対向する辺に向かって徐々に膜厚が減少する濃度勾配が得られる。
Next, the drive shaft 12 is driven to rotate, the second mask 24 is selected and brought to a predetermined position, and then the drive shaft 12 is linearly moved in the axial direction A while ablating with respect to the target 15a. Irradiate with laser light.
As shown in FIG. 6B, the mask edge 24a of the second mask 24 is used to mask the equilateral triangular region 17a of the substrate 17 from the Tb-doped green phosphor that is the second target material. A thin film 17c is formed. As soon as the thin film 17c is formed, irradiation of the target with the ablation laser beam is stopped. As a result, as shown at the right end of FIG. 6B, a concentration gradient in which the film thickness gradually decreases from the apex of the upper right corner of the equilateral triangular region 17a of the substrate 17 toward the opposite side is obtained.

最後に、駆動軸12を回転駆動させて、第三のマスク26を選択して所定位置に持ち来たした後、駆動軸12を軸方向Aと逆方向に直線移動させながら、ターゲット15aに対してアブレーション・レーザ光を照射することにより、図6(C)に示すように、第3のマスク26のマスクエッジ26aによりマスキングして、基板17の正三角形の領域17aに対して、第3のターゲットの材料であるTmドープ青色蛍光体から成る薄膜17dを形成する。これにより、図6(C)の右端に示すように、基板17の正三角形の領域17aの左端の頂点から対向する辺に向かって徐々に膜厚が減少する濃度勾配が得られる。
このようにして得られた三つの薄膜17b,17c,17dから成る三元組成傾斜膜は、正三角形の領域17aの各頂点から対向する辺に向かって、即ち互いに120度だけずれた方向に向かって、それぞれ濃度分布、即ち膜厚傾斜分布を有する。
Finally, the drive shaft 12 is driven to rotate, the third mask 26 is selected and brought to a predetermined position, and then the drive shaft 12 is linearly moved in the direction opposite to the axial direction A while moving relative to the target 15a. By irradiating the ablation laser beam, the mask edge 26a of the third mask 26 is masked as shown in FIG. A thin film 17d made of a Tm-doped blue phosphor as a target material is formed. As a result, as shown at the right end of FIG. 6C, a concentration gradient in which the film thickness gradually decreases from the leftmost vertex of the equilateral triangular region 17a of the substrate 17 toward the opposite side is obtained.
The ternary composition gradient film composed of the three thin films 17b, 17c, and 17d thus obtained is directed from each vertex of the equilateral triangle region 17a toward the opposite side, that is, in a direction shifted by 120 degrees from each other. Each has a concentration distribution, that is, a film thickness gradient distribution.

次に、本発明の第二の実施形態によるマスキング機構を備えた成膜装置の変形例について図7を参照して説明する。図7において、マスキング機構を備えた成膜装置30は、CVD成膜装置であり、マスキング機構は、図1に示したマスキング機構10と同様の構成であるが、成膜用材料の供給源15は、原料ガス32及び原料ガス導入管31や、図示しない原料ガスの流量や圧力調整装置などから構成される。この際、基板ステージ16に載置される基板17は、図示しない加熱源により加熱される。
使用の際には、真空チャンバー14内にセットされ、その所定位置の上方の基板ステージ16に基板17が配置されると共に、その所定位置の直下にて、外部から原料ガス導入管31を介して原料ガス32が導入される。これにより、選択されたマスク支持板13bに装着されたマスク13cが、基板17の直下に配置されると共に、その下方に原料ガス32が導入され、マスク13cを介して基板17の表面に付着する。原料ガス32は成膜する膜に応じて、複数の原料ガス32やキャリアガスなどを用いてもよい。
Next, a modification of the film forming apparatus provided with the masking mechanism according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a film forming apparatus 30 provided with a masking mechanism is a CVD film forming apparatus, and the masking mechanism has the same configuration as the masking mechanism 10 shown in FIG. Is composed of a raw material gas 32 and a raw material gas introduction pipe 31, a raw material gas flow rate and pressure adjusting device (not shown), and the like. At this time, the substrate 17 placed on the substrate stage 16 is heated by a heating source (not shown).
In use, the substrate 17 is set in the vacuum chamber 14 and placed on the substrate stage 16 above the predetermined position, and directly under the predetermined position via the source gas introduction pipe 31 from the outside. A source gas 32 is introduced. As a result, the mask 13c mounted on the selected mask support plate 13b is disposed immediately below the substrate 17, and the source gas 32 is introduced below the mask 13c and adheres to the surface of the substrate 17 via the mask 13c. . As the source gas 32, a plurality of source gases 32, a carrier gas, or the like may be used depending on a film to be formed.

このような構成のマスキング機構を備えた成膜装置30によれば、同様にして、駆動軸12の回転駆動により、所望のマスク13cが装着されたマスク支持板13bが所定位置に持ち来たされ、駆動軸12が直線駆動され、当該マスク13cがその上方に位置する基板17の表面をマスキングすることにより、基板17上に所定の濃度勾配を備えた薄膜が形成される。   According to the film forming apparatus 30 having the masking mechanism having such a configuration, the mask support plate 13b on which a desired mask 13c is mounted is brought to a predetermined position by the rotational drive of the drive shaft 12 in the same manner. The driving shaft 12 is linearly driven, and the mask 13c masks the surface of the substrate 17 positioned above, whereby a thin film having a predetermined concentration gradient is formed on the substrate 17.

図8は、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置の別の変形例の構成を示す模式図である。図8において、マスキング機構を備えた成膜装置40は、スパッタ成膜装置用であり、マスキング機構10は、図1に示したマスキング機構10と同様の構成であり、成膜用材料の供給源15として、スパッタ用ターゲット41と、アルゴンなどの希ガスプラズマ42と、を備えて構成される。この希ガスプラズマ42は、図示しないDC電源やRF電源、マグネトロン電源などを用いた放電により発生する。スパッタ用ターゲット41はマルチターゲット、即ち、材料の異なる複数のスパッタターゲットであってもよい。
使用の際には、真空チャンバー14内にセットされ、その所定位置の上方に基板ステージ16が配置されると共に、その所定位置の直下にスパッタターゲット41が配置されるようになっている。基板ステージ16に載置される基板17は、図示しない加熱源により加熱されてもよい。この場合、駆動軸12の回転駆動により選択されたマスク支持板13bに装着されたマスク13cが、基板17の直下に配置されると共に、その下方に位置するスパッタターゲット41に対して、高エネルギーの希ガスプラズマ42が照射される。これにより、当該スパッタターゲット41がスパッタされ、スパッタターゲット41の表面から脱離したその成分元素が、その上方に配置される基板17の表面に対して、マスク13cを介して付着する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of another modification of the film forming apparatus provided with the masking mechanism of the present invention. In FIG. 8, a film forming apparatus 40 having a masking mechanism is for a sputter film forming apparatus, and the masking mechanism 10 has the same configuration as that of the masking mechanism 10 shown in FIG. 15 includes a sputtering target 41 and a rare gas plasma 42 such as argon. The rare gas plasma 42 is generated by discharge using a DC power source, an RF power source, a magnetron power source, or the like (not shown). The sputtering target 41 may be a multi-target, that is, a plurality of sputtering targets made of different materials.
In use, the substrate stage 16 is set in a vacuum chamber 14 above the predetermined position, and the sputter target 41 is disposed immediately below the predetermined position. The substrate 17 placed on the substrate stage 16 may be heated by a heating source (not shown). In this case, the mask 13c mounted on the mask support plate 13b selected by the rotational drive of the drive shaft 12 is disposed immediately below the substrate 17 and has a high energy with respect to the sputter target 41 located below the mask 13c. The rare gas plasma 42 is irradiated. As a result, the sputter target 41 is sputtered, and the component elements desorbed from the surface of the sputter target 41 adhere to the surface of the substrate 17 disposed thereabove via the mask 13c.

このような構成のマスキング機構を備えた成膜装置40によれば、同様にして、駆動軸12の回転駆動により、所望のマスク13cが装着されたマスク支持板13bが所定位置に持ち来たされ、駆動軸12が直線駆動されて、当該マスク13cがその上方に位置する基板17の表面をマスキングすることにより、基板17の下方に配置されたスパッタターゲット41が希ガスプラズマ42に曝され、基板17上にスパッタリング法により所定の濃度勾配を備えた薄膜が形成される。   According to the film forming apparatus 40 having the masking mechanism having such a configuration, the mask support plate 13b on which the desired mask 13c is mounted is brought to a predetermined position by the rotational drive of the drive shaft 12 in the same manner. The drive shaft 12 is linearly driven, and the mask 13c masks the surface of the substrate 17 positioned above, so that the sputter target 41 disposed below the substrate 17 is exposed to the rare gas plasma 42, and the substrate A thin film having a predetermined concentration gradient is formed on 17 by sputtering.

上述した実施形態においては、マスキング機構を備えた成膜装置として、PLD成膜装置20、CVD成膜装置30及びスパッタ成膜装置40について説明した。成膜用材料の供給源15は、PLD用ターゲット、CVDに用いる原料ガス、または、スパッタターゲットなどである。
本発明のマスキング機構を備えた成膜装置は、上記の成膜装置に限らず、マスクを移動させながら、基板上に成膜を形成する成膜装置であれば、その成膜方法としては、気相堆積法が好適である。気相堆積法としては、物理堆積法(PVD)や化学堆積法(CVD)に適用できる。物理堆積法としては、例えば、PLD法やスパッタ法以外には、抵抗加熱や電子ビームによる真空蒸着法、MBE法などが挙げられる。化学堆積法としては、熱CVD法以外には、プラズマCVD法、MOCVD法、触媒CVD法、基板などに紫外線を照射する光CVD法等でもよい。
また、気相堆積法により成膜した膜を、加熱により結晶、多結晶、アモルファス状態の膜を形成するような成膜方法及びその成膜装置にも適用できる。このような成膜方法としては、例えば、フラックスと成膜原料を最初に基板に堆積し、その後、加熱して、結晶成長を行う所謂フラックス法でもよい。本発明の気相堆積法としては、少なくとも気相堆積法により、基板などにフラックス法に用いる成膜を行う場合にも適用できる。
したがって、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置に用いる成膜用材料の供給源15は、上記各種の成膜方法に合わせて、適宜に選定すればよい。このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、容易に小型化に対応することができるようにした、マスキング機構及びそれを成膜装置用マスキング機構を提供することができる。
In the above-described embodiment, the PLD film forming apparatus 20, the CVD film forming apparatus 30, and the sputter film forming apparatus 40 have been described as film forming apparatuses having a masking mechanism. The film-forming material supply source 15 is a PLD target, a source gas used for CVD, a sputter target, or the like.
The film forming apparatus provided with the masking mechanism of the present invention is not limited to the above film forming apparatus, and as long as the film forming apparatus forms a film on the substrate while moving the mask, the film forming method includes: Vapor deposition is preferred. The vapor deposition method can be applied to a physical deposition method (PVD) or a chemical deposition method (CVD). Examples of the physical deposition method include, other than the PLD method and the sputtering method, resistance heating, a vacuum evaporation method using an electron beam, and an MBE method. As the chemical deposition method, in addition to the thermal CVD method, a plasma CVD method, an MOCVD method, a catalytic CVD method, a photo CVD method for irradiating a substrate with ultraviolet rays, or the like may be used.
Further, the present invention can be applied to a film forming method and a film forming apparatus for forming a film formed by a vapor deposition method into a crystalline, polycrystalline, or amorphous film by heating. As such a film forming method, for example, a so-called flux method in which a flux and a film forming raw material are first deposited on a substrate and then heated to perform crystal growth may be used. The vapor deposition method of the present invention can be applied to a case where a film used for a flux method is formed on a substrate or the like by at least a vapor deposition method.
Therefore, the film-forming material supply source 15 used in the film-forming apparatus provided with the masking mechanism of the present invention may be appropriately selected according to the various film-forming methods described above. Thus, according to the present invention, it is possible to provide a masking mechanism and a masking mechanism for a film forming apparatus that can easily cope with downsizing with a simple configuration.

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
第二の実施形態で説明したマスキング機構を備えたPLD成膜装置20を用いて、Y2 3 に三種類の希土類元素Mを添加した、M0.011.993 (ここで、Mは、Eu、Tb、Tmの何れかである希土類元素)三元組成傾斜膜を成膜した。ターゲットとしては、Eu0.011.993 ,Tb0.011.993 ,Tm0.011.99Oを使用した。
成膜条件としては、ガラス基板17は室温に保持し、真空チャンバー14内に、圧力が1.3×10-3Paの酸素を導入した。アブレーション・ レーザ光としては、パルスのKrFレーザを使用し、2J/cm2 、10Hzの照射を12.5時間行うことによって、M0.011.993 による三元組成傾斜膜を300nmの厚さに堆積できた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
Using the PLD film forming apparatus 20 having the masking mechanism described in the second embodiment, three kinds of rare earth elements M are added to Y 2 O 3 , M 0.01 Y 1.99 O 3 (where M is A rare earth element that is one of Eu, Tb, and Tm) was formed as a ternary composition gradient film. As targets, Eu 0.01 Y 1.99 O 3 , Tb 0.01 Y 1.99 O 3 , and Tm 0.01 Y 1.99 O were used.
As film forming conditions, the glass substrate 17 was kept at room temperature, and oxygen having a pressure of 1.3 × 10 −3 Pa was introduced into the vacuum chamber 14. As the ablation laser light, a pulsed KrF laser is used, and irradiation with 2 J / cm 2 and 10 Hz is performed for 12.5 hours, thereby forming a ternary composition gradient film with M 0.01 Y 1.99 O 3 to a thickness of 300 nm. It was able to deposit.

図9は、実施例のマスキング機構を用いた成膜装置により成膜された三元組成傾斜膜を示す概略平面図である。図9から明らかなように、正三角形の領域の各頂点から対向する辺に向かって、即ち互いに120度だけずれた方向に向かって、それぞれ濃度分布、即ち膜厚傾斜分布を有する三元組成傾斜膜が得られることが分かった。   FIG. 9 is a schematic plan view showing a ternary composition gradient film formed by a film forming apparatus using the masking mechanism of the example. As is clear from FIG. 9, a ternary composition gradient having a concentration distribution, that is, a film thickness gradient distribution, from each vertex of the equilateral triangle region toward the opposite side, that is, in a direction shifted from each other by 120 degrees. It was found that a film was obtained.

得られた三元組成傾斜膜に電子ビームを照射し、その発光、すなわちカソードルミネッセンスを測定した。図10は、実施例で成膜した三元組成傾斜膜の発光状態を示す概略平面図である。Eu添加による赤色(R)発光、Tb添加による緑色(G)発光、Tm添加による青緑(B)発光を含む傾斜組成に対応する発光が得られた。
これにより、M0.011.993 薄膜において、希土類元素Mを、Eu、Tb、Tmと変えた三元組成傾斜膜を、本発明のマスキング機構を備えた成膜装置により、効率よく成膜することができる。
The obtained ternary composition gradient film was irradiated with an electron beam, and the light emission, that is, cathodoluminescence was measured. FIG. 10 is a schematic plan view showing a light emission state of the ternary composition gradient film formed in the example. Luminescence corresponding to a gradient composition including red (R) emission by adding Eu, green (G) emission by adding Tb, and blue-green (B) emission by adding Tm was obtained.
Thereby, in the M 0.01 Y 1.99 O 3 thin film, the ternary composition gradient film in which the rare earth element M is changed to Eu, Tb, and Tm is efficiently formed by the film forming apparatus equipped with the masking mechanism of the present invention. be able to.

上記結果から、本発明のマスキング機構及びそれを用いた成膜装置によれば、マスクとして、コンビナトリアルマスクを用い、三元組成傾斜膜などを、低コストで効率よく成膜ができた。また、マスキングの際には、選択されたマスクが駆動軸の軸方向に沿って移動して、直線的なマスク孔の移動によりマスキングされるので、基板上に成膜された薄膜の膜厚傾斜の線形性が良好に保持された。   From the above results, according to the masking mechanism of the present invention and the film forming apparatus using the same, a combinatorial mask was used as a mask, and a ternary composition gradient film or the like could be formed efficiently at low cost. Also, when masking, the selected mask moves along the axial direction of the drive shaft and is masked by the movement of the linear mask hole, so the film thickness gradient of the thin film formed on the substrate The linearity of was maintained well.

本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、成膜用材料の供給源やマスクは、使用する成膜方法や所望の膜構成に応じて、適宜に設計、製作できる。   The present invention is not limited to these examples, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. Nor. For example, the supply source and mask of the film forming material can be appropriately designed and manufactured according to the film forming method used and the desired film configuration.

本発明の第一の実施形態に係る成膜装置に用いるマスキング機構の構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of the masking mechanism used for the film-forming apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 図1のマスキング機構の要部の構成を示す部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view which shows the structure of the principal part of the masking mechanism of FIG. 図1のマスキング機構におけるマスク部の正面図である。It is a front view of the mask part in the masking mechanism of FIG. 図3のマスク部におけるマスク支持板の構成を示す拡大平面図である。It is an enlarged plan view which shows the structure of the mask support plate in the mask part of FIG. 本発明の第二の実施形態によるマスキング機構を備えた成膜装置を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the film-forming apparatus provided with the masking mechanism by 2nd embodiment of this invention. 本発明のマスキング機構における三元組成傾斜膜を作成するためのマスクの形状及び移動方向を示す概略図である。It is the schematic which shows the shape and movement direction of the mask for creating the ternary composition gradient film in the masking mechanism of this invention. 本発明のマスキング機構を備えた成膜装置の変形例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the modification of the film-forming apparatus provided with the masking mechanism of this invention. 本発明のマスキング機構を備えた成膜装置の別の変形例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of another modification of the film-forming apparatus provided with the masking mechanism of this invention. 実施例のマスキンギ機構を用いた成膜装置により成膜された三元組成傾斜膜を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the ternary composition gradient film formed into a film by the film-forming apparatus using the masking mechanism of an Example. 実施例によって成膜した三元組成傾斜膜の発光状態を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the light emission state of the ternary composition gradient film formed into a film by the Example. 従来のコンビナトリアル成膜装置におけるマスキング機構の一例の構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of an example of the masking mechanism in the conventional combinatorial film-forming apparatus. 従来のコンビナトリアル成膜装置におけるマスキング機構の他の例の構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of the other example of the masking mechanism in the conventional combinatorial film-forming apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10:マスキング機構
11:真空フランジ
12:駆動軸
13:マスク部
13a:マスク支持円板
13b:マスク支持板
13c:マスク
14:真空チャンバー
14a:開口部
15:成膜用材料の供給源(ターゲット機構)
15a:ターゲット
16:基板ステージ
17:基板
17a:正三角形の領域
17b,17c,17d:薄膜
20,30,40:マスキング機構を備えた成膜装置
22:第1のマスク
22a,24a,26a:マスクエッジ
24:第2のマスク
26:第3のマスク
31:原料ガス導入管
32:原料ガス
41:スパッタターゲット
42:希ガスプラズマ
10: Masking mechanism 11: Vacuum flange 12: Drive shaft 13: Mask portion 13a: Mask support disk 13b: Mask support plate 13c: Mask 14: Vacuum chamber 14a: Opening portion 15: Source of film forming material (target mechanism) )
15a: target 16: substrate stage 17: substrate 17a: equilateral triangle regions 17b, 17c, 17d: thin films 20, 30, 40: film forming apparatus 22 having a masking mechanism: first masks 22a, 24a, 26a: masks Edge 24: Second mask 26: Third mask 31: Source gas introduction pipe 32: Source gas 41: Sputter target 42: Noble gas plasma

Claims (8)

真空チャンバーの開口部を密閉するように取り付けられる真空フランジと、
上記真空フランジを貫通して外部に延びると共に、この真空フランジに対して回転可能にそして軸方向に移動可能に支持され、その外端に回転運動及び直線運動が加えられる駆動軸と、
上記駆動軸の内端に取り付けられたマスク部と、を備えており、
上記マスク部が、
上記駆動軸に対して垂直に固定保持された円板状のマスク支持円板と、
このマスク支持円板の外周縁に沿って軸方向内側に延びるように、全体としてほぼ多角柱状に配置された複数個のマスク支持板と、
各マスク支持板に取り付けられた所定形状のマスク孔を備えたマスクと、
を含んでいることを特徴とする、マスキング機構。
A vacuum flange attached to seal the opening of the vacuum chamber;
A drive shaft extending through the vacuum flange to the outside, supported rotatably and axially movable with respect to the vacuum flange, and having rotational and linear motion applied to an outer end thereof;
A mask portion attached to the inner end of the drive shaft,
The mask part is
A disc-shaped mask support disc fixed and held perpendicular to the drive shaft;
A plurality of mask support plates arranged in a substantially polygonal column as a whole so as to extend inward in the axial direction along the outer peripheral edge of the mask support disc;
A mask having a mask hole of a predetermined shape attached to each mask support plate;
A masking mechanism characterized by comprising:
前記各マスクは、互いに形状の異なるマスク孔を備えていることを特徴とする、請求項1に記載のマスキング機構。   The masking mechanism according to claim 1, wherein each of the masks includes mask holes having different shapes. 前記駆動軸を回転駆動したとき、前記マスク部が駆動軸と共に回転することにより、前記所定のマスク支持板に取り付けられた前記マスクが順次に所定位置に持ち来たされ、所望のマスクが選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のマスキング機構。   When the drive shaft is driven to rotate, the mask portion is rotated together with the drive shaft, so that the mask attached to the predetermined mask support plate is sequentially brought to a predetermined position, and a desired mask is selected. The masking mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that: 前記駆動軸が軸方向に直線駆動されたとき、前記マスク部が駆動軸と共に軸方向に移動して、前記所定位置に位置するマスク支持板に取り付けられた前記マスクのマスク孔がマスキングのために所定速度で軸方向に移動することを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載のマスキング機構。   When the drive shaft is linearly driven in the axial direction, the mask portion moves in the axial direction together with the drive shaft, and the mask hole of the mask attached to the mask support plate located at the predetermined position is used for masking. The masking mechanism according to claim 1, wherein the masking mechanism moves in the axial direction at a predetermined speed. 前記各マスクが、それぞれ互いに異なる方向の濃度勾配を与えるように、互いに異なる方向に延びるマスクエッジを備えていることを特徴とする、請求項1〜4の何れかに記載のマスキング機構。   5. The masking mechanism according to claim 1, wherein each mask includes mask edges extending in different directions so as to give density gradients in different directions. 請求項1〜5に記載のマスキング機構を備えた成膜装置であって、前記真空チャンバー内に配設される成膜用材料の供給源と、基板ステージと、を含み構成されることを特徴とする、マスキング機構を備えた成膜装置。   A film forming apparatus comprising the masking mechanism according to claim 1, wherein the film forming apparatus includes a supply source of a film forming material disposed in the vacuum chamber and a substrate stage. A film forming apparatus equipped with a masking mechanism. 真空チャンバーと、該真空チャンバー内に配設される成膜用材料の供給源と、基板ステージとマスキング機構とを有するマスキング機構を備えた成膜装置であって、
上記マスキング機構が、
真空チャンバーの開口部を密閉するように取り付けられる真空フランジと、
上記真空フランジを貫通して外部に延びると共に、この真空フランジに対して回転可能にそして軸方向に移動可能に支持され、その外端に回転運動及び直線運動が加えられる駆動軸と、
上記駆動軸の内端に取り付けられたマスク部と、を備えており、
上記マスク部が、
上記駆動軸に対して垂直に固定保持された円板状のマスク支持円板と、
このマスク支持円板の外周縁に沿って軸方向内側に延びるように、全体としてほぼ多角柱状に配置された複数個のマスク支持板と、
各マスク支持板に取り付けられた所定形状のマスク孔を備えたマスクと、を含んでいることを特徴とする、マスキング機構を備えた成膜装置。
A film forming apparatus including a vacuum chamber, a supply source of a film forming material disposed in the vacuum chamber, a masking mechanism having a substrate stage and a masking mechanism,
The masking mechanism is
A vacuum flange attached to seal the opening of the vacuum chamber;
A drive shaft extending through the vacuum flange to the outside, supported rotatably and axially movable with respect to the vacuum flange, and having rotational and linear motion applied to an outer end thereof;
A mask portion attached to the inner end of the drive shaft,
The mask part is
A disc-shaped mask support disc fixed and held perpendicular to the drive shaft;
A plurality of mask support plates arranged in a substantially polygonal column as a whole so as to extend inward in the axial direction along the outer peripheral edge of the mask support disc;
And a mask provided with a mask hole of a predetermined shape attached to each mask support plate.
前記成膜用材料の供給源は、少なくとも、前記成膜用材料を気相状態で供給する供給源であることを特徴とする、請求項6又は7に記載のマスキング機構を備えた成膜装置。   The film forming apparatus having a masking mechanism according to claim 6 or 7, wherein the film forming material supply source is at least a supply source for supplying the film forming material in a gas phase state. .
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