JP4572420B2 - Board holder - Google Patents
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Description
本発明は、蒸着装置、スパッタリング装置などの成膜装置を用い、マスクを通して基板に任意のパターンで成膜する際に、基板に対しマスクが正確かつ再現性よく配置される基板保持具に関する。 The present invention relates to a substrate holder in which a mask is accurately and reproducibly arranged with respect to a substrate when a film forming device such as a vapor deposition device or a sputtering device is used to form a film in an arbitrary pattern through the mask.
スパッタリング装置や蒸着装置などの成膜装置を用いて、基板に任意のパターンで成膜する場合、基板表面の一部を覆うように金属製などのマスクを取付けて成膜することが従来からよく行われている。この場合、基板の適切な箇所にのみ成膜するには、基板に対し、精度よく位置決めしてマスクを取付けることが重要であり、製品の歩留まりを高めるには、マスクを正確かつ再現性よく配置することが重要である。 When using a film forming device such as a sputtering device or a vapor deposition device to form a film in an arbitrary pattern, it has traditionally been done by attaching a metal mask to cover a part of the substrate surface. Has been done. In this case, in order to form a film only at an appropriate location on the substrate, it is important to position the mask accurately and attach it to the substrate. To increase the yield of the product, the mask is placed accurately and with good reproducibility. It is important to.
このことから、基板を保持する基板ホルダーと、マスクを保持し、この基板ホルダーと互いに位置合わせして組付けられるマスクホルダーとから構成される基板保持具を用い、所定位置に基板及びマスクをそれぞれセットした基板ホルダーとマスクホルダーとを組付けた状態で成膜装置内に搬送し、成膜することが知られている(特許文献1参照)。 From this, a substrate holder comprising a substrate holder for holding the substrate and a mask holder for holding the mask and being aligned and assembled with each other is used, and the substrate and the mask are respectively placed at predetermined positions. It is known that a set substrate holder and a mask holder are assembled and transported into a film forming apparatus to form a film (see Patent Document 1).
この場合、基板ホルダー及びマスクホルダー相互の位置合わせは、基板ホルダーの嵌合リング及び位置合わせピンを、マスクホルダーの嵌合溝及び位置合わせ穴にそれぞれ嵌合させて装着することで行われ、成膜の際に用いるマスクを、このマスクのマスク取付穴を基準として、基板に対し同一の位置関係を保持させて、マスクを正確かつ再現性よく配置できるようにしている。
ところで、成膜装置を用いた成膜の際に、その成膜プロセスによっては成膜装置のチャンバ内にプラズマを発生させたり、または、例えば基板への薄膜の密着強度を高めたり、成膜後の薄膜の応力による破損を防止する目的で、成膜装置に設けた加熱手段によって基板を所定温度(例えば300℃以上)に加熱する場合がある。 By the way, during film formation using a film formation apparatus, depending on the film formation process, plasma is generated in the chamber of the film formation apparatus, or the adhesion strength of the thin film to the substrate is increased, for example, In order to prevent damage due to the stress of the thin film, the substrate may be heated to a predetermined temperature (for example, 300 ° C. or higher) by a heating means provided in the film forming apparatus.
この場合、上記した基板保持具で基板を保持した状態で成膜を行うと、基板と共に基板保持具自体も、加熱手段で加熱されたり、プラズマに曝されることで加熱される。基板保持具が加熱されると、形状の相違に起因した基板ホルダー及びマスクホルダー相互の熱膨張の差によって、嵌合した部分においてかじりが生じ、成膜後に基板ホルダーとマスクホルダーとの分離が困難になるという問題がある。その際、より正確に位置決めすべく、位置合わせピンと位置合わせ穴とを複数設けていると、いずれかの位置合わせ穴へのピンのかじり発生の頻度が増加し、相互の分離がさらに困難になる。 In this case, when film formation is performed with the substrate held by the above-described substrate holder, the substrate holder itself is heated together with the substrate by being heated by a heating means or exposed to plasma. When the substrate holder is heated, due to the difference in thermal expansion between the substrate holder and the mask holder due to the difference in shape, galling occurs at the mated part, making it difficult to separate the substrate holder and the mask holder after film formation. There is a problem of becoming. At that time, if a plurality of alignment pins and alignment holes are provided for more accurate positioning, the frequency of pin galling in any of the alignment holes increases, making it more difficult to separate each other. .
他方、嵌合した部分でかじりが生じた場合に、基板ホルダーとマスクホルダーとを力を加えて分離させると、基板ホルダー、マスクホルダー及び位置合わせピンに変形が生じる虞があり、これらの基板ホルダー、マスクホルダー及び位置合わせピンに変形が生じると、基板に対しマスクを正確かつ再現性よく配置できない。 On the other hand, if galling occurs in the mated part, if the substrate holder and the mask holder are separated by applying force, the substrate holder, the mask holder and the alignment pin may be deformed. If the mask holder and the alignment pin are deformed, the mask cannot be accurately and reproducibly arranged on the substrate.
そこで、上記点に鑑み、本発明は、基板ホルダーとマスクホルダーとの分離が容易で、かつ基板とマスクとを正確かつ再現性よく配置できる基板保持具を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a substrate holder in which the substrate holder and the mask holder can be easily separated and the substrate and the mask can be accurately and reproducibly arranged.
上記課題を解決するために、本発明の基板保持具は、基板を保持する基板ホルダーと、基板が臨む開口部を有し、この開口部にマスクが装着されたマスクホルダーとを備え、基板ホルダーとマスクホルダーとを嵌合し、マスクを通して基板への任意のパターンでの成膜を可能とした基板保持具において、基板ホルダー、マスクホルダーのいずれか一方に、他方に向かって突出する1本のピンを設けると共にこのピンが嵌挿するピン孔をその他方に形成し、基板ホルダーとマスクホルダーとが嵌合する基板ホルダー及びマスクホルダーの周壁面の一部を、それぞれ相互に対応するテーパ面としたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a substrate holder of the present invention comprises a substrate holder that holds a substrate, and a mask holder that has an opening facing the substrate, and a mask is mounted on the opening. And a mask holder, and a substrate holder that can form a film in an arbitrary pattern on the substrate through the mask. One of the substrate holder and the mask holder protrudes toward the other. A pin hole is formed on the other side, and a pin hole into which the pin is inserted is formed on the other side, and a part of the peripheral wall surface of the substrate holder and the mask holder in which the substrate holder and the mask holder are fitted with a taper surface corresponding to each other. It is characterized by that.
本発明によれば、基板ホルダーの所定位置に基板を、マスクホルダーの所定位置にマスクをそれぞれセットする。そして、基板ホルダー、マスクホルダーのいずれか一方に設けた1本のピンを、他方に形成したピン孔に嵌挿しつつ、基板ホルダーとマスクホルダーとを嵌合して相互を組付ける。この場合、基板ホルダー及びマスクホルダーの各周壁面の一部を相互に対応するテーパ面として、組付けの際に各テーパ面を重ね合わせる構造としたため、ピンを基準として基板ホルダー及びマスクホルダーが位置決めされ、基板に対しマスクを正確かつ再現性よく配置できる。 According to the present invention, the substrate is set at a predetermined position of the substrate holder, and the mask is set at a predetermined position of the mask holder. Then, the substrate holder and the mask holder are fitted to each other while one pin provided on either the substrate holder or the mask holder is inserted into the pin hole formed on the other, and the two are assembled. In this case, a part of each peripheral wall surface of the substrate holder and the mask holder is made into a taper surface corresponding to each other, and each taper surface is overlapped at the time of assembly, so that the substrate holder and the mask holder are positioned with reference to the pin. In addition, the mask can be accurately and reproducibly arranged on the substrate.
また、各テーパ面を重ね合わせる構造とすると共にピンを1本としたため、成膜の際に基板保持具自体が加熱され、基板ホルダーとマスクホルダーとの間に熱膨張の差が生じたとしても、この熱膨張の差が重ね合わせたテーパ面で吸収され、嵌合した部分でのかじりの発生を防止でき、成膜後に基板ホルダーとマスクホルダーとの分離が困難になることはない。 In addition, since each taper surface is superposed and one pin is used, even if the substrate holder itself is heated during film formation and a difference in thermal expansion occurs between the substrate holder and the mask holder. The difference in thermal expansion is absorbed by the overlapped taper surface, and the occurrence of galling at the fitted portion can be prevented, so that it is not difficult to separate the substrate holder and the mask holder after film formation.
この場合、前記テーパ面を除く基板ホルダー及びマスクホルダーの各周壁面を円筒形状とし、このテーパ面の周方向の長さを、ピン及び基板ホルダーまたはマスクホルダーの中心を通る中心線を基準とし、所定の角度範囲で左右対称になるように設定しておけば、ピン孔にピンが嵌合した部分に近接してテーパ面が存在することで、基板ホルダーとマスクホルダーとの間に熱膨張の差が生じても、ピン孔へのピンのかじりの発生が防止でき、また、基板ホルダー、マスクホルダー相互を嵌合して組付ける際に、ピンに不必要な力が加わって変形することが防止できてよい。 In this case, each peripheral wall surface of the substrate holder and the mask holder excluding the tapered surface has a cylindrical shape, and the circumferential length of the tapered surface is based on a center line passing through the center of the pin and the substrate holder or the mask holder, If it is set so as to be symmetrical in a predetermined angle range, a thermal expansion between the substrate holder and the mask holder is caused by the presence of a tapered surface near the portion where the pin is fitted in the pin hole. Even if there is a difference, pin pinning can be prevented from occurring in the pin hole, and when the board holder and mask holder are fitted and assembled together, unnecessary force is applied to the pin and it can be deformed. It can be prevented.
また、前記基板ホルダー及びマスクホルダーの各周壁面を多面体とした場合には、ピン及び基板ホルダーまたはマスクホルダーの中心を通る中心線上にいずれかの頂点を位置させると共に、この頂点をなす2辺を前記テーパ面としておけばよい。 In addition, when each peripheral wall surface of the substrate holder and the mask holder is a polyhedron, one of the vertices is positioned on the center line passing through the center of the pin and the substrate holder or the mask holder, and two sides forming the vertices are What is necessary is just to set it as the said taper surface.
尚、基板ホルダーに、基板の形状に略一致した基板収納部を形成し、この基板収納部に基板を落とし込むと位置決めされるようにしておけば、基板ホルダーに対する基板のセット位置が一定になってよい。 If the substrate holder is formed on the substrate holder so as to substantially match the shape of the substrate, and the substrate is dropped into the substrate holder, the substrate is set in a fixed position relative to the substrate holder. Good.
また、マスクホルダーに、マスクの形状に略一致したマスク収納部を形成し、このマスク収納部にマスクを落とし込むと位置決めされるようにしておけば、マスクホルダーに対するマスクのセット位置が一定になってよい。 In addition, if the mask holder is formed in the mask holder so that it substantially matches the shape of the mask, and the mask is placed in the mask holder, the mask setting position with respect to the mask holder becomes constant. Good.
前記基板ホルダー及びマスクホルダーの上面に、外側に向かって延出させてフランジ部をそれぞれ設けておくのがよい。 It is preferable that flange portions are provided on the upper surfaces of the substrate holder and the mask holder so as to extend outward.
以上説明したように、本発明の基板保持具は、基板ホルダーとマスクホルダーとの分離が容易で、かつ基板とマスクとを正確かつ再現性よく配置できるという効果を奏する。 As described above, the substrate holder of the present invention has an effect that the substrate holder and the mask holder can be easily separated and the substrate and the mask can be accurately and reproducibly arranged.
図1乃至図4を参照して説明すれば、1は、スパッタリング装置や蒸着装置などの成膜装置(図示せず)によって成膜を行う際に用いられる本発明の基板保持具である。基板保持具1は、基板ホルダー2とマスクホルダー3とを上下方向に組付けて構成される。図2(a)及び図2(b)に示すように、基板ホルダー2は、アルミなどの金属から構成され、円筒形状の外周壁を有する皿状に形成されている。基板ホルダー2の底板の中央部には、開口部21が形成され、この開口部21の最下端には内側に向かって延出させて環状の延出部材22が形成され、基板収納部を構成する。
Referring to FIGS. 1 to 4,
この場合、開口部21の形状は、基板Sの形状に略一致させており(本実施の形態では、正方形の基板に対応して開口部21の形状を正方形としている)、開口部21の上側から開口部21内に基板Sを落とし込むだけで、延出部材22で支持された基板Sが基板ホルダー2の所定の位置にセットされる(つまり、基板Sが位置決めされる)。基板ホルダー2の上端には、外側に向かって延出させて環状のフランジ部23が形成され、例えば、フォーク状の先端部41を有する公知の構造の搬送装置4によって、基板Sがセットされた基板ホルダー2を搬送できる(図1参照)。
In this case, the shape of the
図3(a)及び図3(b)に示すように、下側に位置するマスクホルダー3は、アルミなどの金属から構成され、円筒形状に形成されている。マスクホルダー3の中央には、鉛直方向に伸びる貫通孔31が開設されている。貫通孔31は、上面から略中央部までマスクホルダー3の外周面に略平行に形成され、下面に向かって拡大するように傾斜させて形成されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the lower mask holder 3 is made of a metal such as aluminum and is formed in a cylindrical shape. A through-
ところで、基板Sの適切な箇所にのみ成膜するには、基板SとマスクMとを精度よく位置決めする必要がある。このため、基板ホルダー2の外周壁の下端の直径が小さくなるように、基板ホルダー2の外周壁を段付きに加工すると共に(図2参照)、マスクホルダー3の上面に、基板ホルダー2の小径の外周壁24が嵌合する第1の凹部32を形成し、基板ホルダー2の下部とマスクホルダー3の上部とを嵌合して組付けられるようにしている。
By the way, in order to form a film only at an appropriate location on the substrate S, it is necessary to position the substrate S and the mask M with high accuracy. For this reason, the outer peripheral wall of the
また、マスクホルダー3の上面には、第1の凹部32の内側に位置して、マスク収納部を構成する第2の凹部33が形成され、貫通孔31の上端の周縁より外側に位置する第2の凹部33の平坦面34によって、マスクMが保持されるようにしている。この場合、第2の凹部33の形状は、マスクMの形状に略一致させており、第2の凹部33の上側からマスクMを落とし込むだけで、平坦面34で支持されたマスクMがマスクホルダー3の所定の位置にセットされる(つまり、基板が位置決めされる)。尚、マスクMをセットした場合、マスクMの上面が平坦面34と面一になるように深さ方向の寸法を設定することが望ましい。
Further, a
マスクホルダー3の上端には、上記基板ホルダー2と同様、外側に向かって延出させて環状のフランジ部35が形成され、上記搬送装置4によって、例えばマスクMがセットされたマスクホルダー3単体で、または、マスクホルダー3の上部に基板Sがセットされた基板ホルダー2を組付けた状態で搬送できる。そして、例えば、基板3をセットした基板ホルダー2と、マスクMを保持たマスクホルダー3とを組付けた状態で、搬送手段4によって、成膜装置内に設けた蒸発源Eに対向した位置に搬送し、マスクMを通して基板Sに任意のパターンで成膜される。他方、成膜装置内に設けた蒸発源Eに対向した位置にマスクホルダー3を予め配置しておき、搬送手段4によって、基板3をセットした基板ホルダー2を搬送して、マスクMをセットされたマスクホルダー3と組付けるようにしてもよい。
At the upper end of the mask holder 3, as in the case of the
ところで、成膜装置を用いた成膜の際に、その成膜プロセスによっては、成膜装置のチャンバ内にプラズマを発生させたり、成膜装置に設けた加熱手段によって基板を所定温度に加熱しつつ成膜を行う場合がある。この場合、基板保持具1自体が加熱されても、基板ホルダー2及びマスクホルダー3相互の熱膨張の差で、嵌合した部分でかじりが生じないようにする必要がある。
By the way, during film formation using the film formation apparatus, depending on the film formation process, plasma is generated in the chamber of the film formation apparatus or the substrate is heated to a predetermined temperature by a heating means provided in the film formation apparatus. In some cases, film formation is performed. In this case, even if the
本実施の形態では、基板ホルダー2の下側に突出した小径の外周壁24の一部を、その先端方向内側に向かって傾斜したテーパ面25として形成すると共に、このテーパ面25に対応させて、外周壁24が嵌合する第1の凹部32の側壁にテーパ面36を形成した。併せて、基板ホルダー2の底面に、マスクホルダー3に向かって突出する1本のピン26を設けると共に、マスクホルダー3の上面にこのピン26が嵌挿するピン孔37を形成した。
In the present embodiment, a part of the small-diameter outer
この場合、テーパ面25、36の周方向の長さは、ピン26及び基板ホルダー2の中心を通る中心線を基準とし、60度から120度の範囲の角度αで左右対称になるように設定している。この場合、60度より小さい角度では、位置決めが困難になり、120度を超えた角度では、熱によるかじりが発生する場合がある。
In this case, the circumferential lengths of the taper surfaces 25 and 36 are set so as to be bilaterally symmetric at an angle α in the range of 60 degrees to 120 degrees with reference to the center line passing through the center of the
これにより、基板ホルダー2及びマスクホルダー3を組付ける際、嵌合させる部分の一部をテーパ面25、36を重ね合わせる構造としたため、ピン26を基準として、各テーパ面25、36の周方向に位置、つまり、基板ホルダー2及びマスクホルダー3が位置決めされ、基板S及びマスクMがそれぞれ基板ホルダー2及びマスクホルダー3に位置決めされるようにしたことと相俟って、基板Sに対しマスクMを正確かつ再現性よく配置される。
As a result, when the
また、各テーパ面25、36を重ね合わせる構造とすると共に、ピン26とピン孔37とが嵌合する部分を一箇所としたため、成膜の際に基板保持具1自体が加熱され、基板ホルダー2とマスクホルダー3との間に熱膨張の差が生じたとしても、この熱膨張の差が重ね合わせたテーパ面25、36で吸収されることで、嵌合した部分でのかじりの発生が防止され、その上、このピン26に近接してテーパ面25、36が存在することで、ピン孔37へのピン26のかじりの発生が防止できる。このため、成膜後に、搬送手段4によって基板ホルダー2を持ち上げるだけで、マスクホルダー3から基板ホルダー2を簡単に分離できる。
In addition, since the tapered surfaces 25 and 36 are overlapped and the portion where the
次に、本発明の基板保持具1の組付けを説明する。基板ホルダー2の開口部21の上側から基板収納部である開口部21内に基板Sを落とし込んで、延出部材22で基板Sを支持させて基板Sをセットする。また、マスクホルダー3のマスク収納部である第2の凹部33の上側からマスクMを落とし込んで、平坦面34でマスクMを支持させてマスクMをセットする。
Next, assembly of the
次いで、基板ホルダー2とマスクホルダー3とを上下方向で組付ける。この場合、基板ホルダー2に設けたピン26とマスクホルダー3に設けたピン孔37の上下方向の位置を合わせつつマスクホルダー3の上方から基板ホルダー2を下降させる。基板ホルダー2を下降させると、ピン26がピン孔37に嵌挿する。この場合、ピン26がピン孔37に嵌挿すると、各テーパ面26、36の周方向位置が一致する。
Next, the
基板ホルダー2をさらに下降させると、各テーパ25、36が重ね合わさると共に、基板ホルダー2の外周壁24の下面とマスクホルダー3の第1の凹部32の平坦面とが当接し、基板ホルダー2の下部とマスクホルダー3の上部とが嵌合する。そして、基板Sをセットした基板ホルダー2と、マスクMをセットしたマスクホルダー3とを組付けた状態で、搬送手段4によって成膜装置内に設けた蒸発源Eに対向した位置に搬送され、マスクMを通して基板Sに任意のパターンで成膜される。この場合、搬送手段4によって成膜装置内に設けたステージ上に設置するときには、例えば、ステージに位置決めピンを設けると共に、この位置決めピンが嵌挿するピン孔をマスクホルダー3の底面に設けておくのがよい。
When the
尚、本実施の形態では、テーパ面25、36を除いて基板ホルダー2、マスクホルダー3が相互に嵌合する部分が円筒形状であるものについて説明したが、これに限定されるものではなく、相互に嵌合する部分は、例えば、三角形状や四角形状などの多面体形状であってもよい。この場合、ピン26と、び基板ホルダー2またはマスクホルダー3の中心を通る中心線上にいずれかの頂点を位置させると共に、この頂点をなす2辺をテーパ面としておけば、上記と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the portion where the
また、本実施の形態では、マスクホルダー3上に基板ホルダー2を嵌合して組付けるものついて説明したが、これに限定するものではなく、例えば、基板2ホルダー上にマスクホルダー3を嵌合して組付けるものであってもよい。
Further, in the present embodiment, the description has been given of the case in which the
1 基板保持具
2 基板ホルダー
25 テーパ面
26 ピン
3 マスクホルダー
36 テーパ面
37 ピン孔
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2005
- 2005-04-26 JP JP2005127841A patent/JP4572420B2/en active Active
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