JP4766416B2 - マスキング機構及びそれを備えた成膜装置 - Google Patents

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特願２０００−２５９７７７号 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) 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)

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 Ｏ₃ ）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（Ｍ_{0 .01} Ｙ_1.99Ｏ₃ 、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１〜４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、複数個の中から選択されたマスク支持板１３ｂに装着された一つのマスク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、一つのマスク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。

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。

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１〜４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の回転駆動により複数個の中から選択されたマスク支持板１３ｂに装着された一つのマスク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、一つのマスク１３ｃを介して付着する。

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。

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。

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 Ｏ₃ に三種類の希土類元素Ｍを添加した、Ｍ_0.01Ｙ_1.99Ｏ₃ （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、Ｅｕ_0.01Ｙ_1.99Ｏ₃ ，Ｔｂ_0.01Ｙ_1.99Ｏ₃ ，Ｔｍ_0.01Ｙ_1.99Ｏ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、Ｍ_0.01Ｙ_1.99Ｏ₃ による三元組成傾斜膜を３００ｎｍの厚さに堆積できた。

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。

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、Ｍ_0.01Ｙ_1.99Ｏ₃ 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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
   
4. 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３に記載のマスキング機構。
   
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。