JP4828959B2 - 基板ホルダ及び基板ホルダの取扱方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板などの基板にマスクを通して成膜する際に用いられる基板ホルダ及び基板ホルダの取扱方法に関する。

ガラス基板などの基板にマスクを通して成膜する成膜装置として、特許文献１に開示されたものがある。この成膜装置は、成膜のための真空容器の上部に水平方向に延設された、基板ホルダの搬送機構を備えている。

基板ホルダは、所望パターンを形成するためのマスクと、このマスクを支持するマスクフレームと、マスクとの間で基板を挟持するためのマスクホルダとを備えている。マスクホルダはマグネットを内蔵しており、磁力によりマスクを吸引して基板を挟持し、基板とマスクとの位置ズレを防いでいる。

この成膜装置では、搬送機構の上流側で基板ホルダに基板が搭載され、搬送途上で基板に成膜が施され、搬送機構の下流側で基板ホルダから成膜された基板が外されて、次工程に送られる。そして、基板を外した基板ホルダが、搬送機構の下流側から上流側に戻され、次の基板の成膜が行われる。
特開２００１−３４８６６４号公報

しかしながら、上記した従来の基板ホルダでは、上流側への基板ホルダの返送工程において、マスクとマスクホルダが基板を介さずに直接接触していた。従って、マスクに傷が付いたり、次の基板を搭載しようとしてマスクホルダを持ち上げたときに、磁力によりマスクが吸引されてマスクが変形したりすることがあった。その結果、マスクの寿命が短くなり、マスクの交換頻度が高くなって、生産性が低下するという問題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、マスクの寿命を長く維持することが可能な基板ホルダ及び基板ホルダの取扱方法を提供することを課題とする。

本発明に係る基板ホルダは、成膜対象である基板の一部を覆うパターンを有するマスクと、マスクを搭載するマスクフレームと、マスクフレームとの間でマスクとその上に搭載される基板とを挟持するホルダと、マスクフレーム及びホルダの一方に設けられた位置決め突起と、マスクフレーム及びホルダの他方に設けられ、位置決め突起が挿通されて、ホルダとマスクフレームとを位置決めする位置決め穴と、位置決め穴に隣接して設けられ、位置決め突起の先端部が係合される係合部と、を備え、位置決め突起の先端部が係合部に係合された状態では、マスクから離間してマスクフレーム上でホルダを支持可能であることを特徴とする。

この基板ホルダでは、位置決め穴に隣接して係合部が設けられているため、位置決め突起の先端部を係合部に係合させることで、マスクから離間した状態で、マスクフレーム上でホルダを支持することができる。従って、基板を外した基板ホルダを搬送機構の下流側から上流側に戻すに際し、マスクとホルダとの接触を回避することで、マスクが傷つくのを防止し、マスクの寿命を長く維持することができる。

位置決め穴は貫通穴であり、係合部は有底穴であると好ましい。このようにすれば、貫通穴としての位置決め穴に位置決め突起を挿通させることで、ホルダを自重により基板上に載置することができる。そして、位置決め突起の先端部を有底穴としての係合部に係合させることで、マスクとホルダとが離間した状態を維持することができる。

係合部は、位置決め穴よりもサイズが小さい係合穴であると好ましい。位置決め突起は、係合穴よりサイズが大きく位置決め穴に挿通可能な大径部と、大径部よりも先端側に設けられ係合穴に挿通可能な小径部と、を有すると好ましい。このようにすれば、位置決め穴に位置決め突起の小径部及び大径部を挿通させることで、ホルダを自重により基板上に載置することができる。そして、位置決め突起の小径部を係合穴に挿通すると共に、大径部との段差部分でホルダを係止することで、マスクとホルダとが離間した状態を維持することができる。

係合部は、位置決め穴よりもサイズが小さい係合穴であると好ましい。位置決め突起は、係合穴よりサイズの小さい先端から基端に向けて係合穴よりサイズが大きくなるように拡径していると好ましい。このようにすれば、位置決め穴に位置決め突起を挿通させることで、ホルダを自重により基板上に載置することができる。そして、位置決め突起を係合穴に挿通することで、所定の高さ位置で位置決め突起が係合穴に係合して、マスクとホルダとが離間した状態を維持することができる。

位置決め突起の先端には磁石が設けられていると好ましい。このようにすれば、位置決め突起の先端にホルダを固定することができ、マスクとホルダとが離間した状態をより確実に維持することができる。

ホルダは磁性を有することを特徴としてもよい。このようにホルダが磁性を有する場合には、マスクにホルダを接触させてしまうと、両者を引き離すときにマスクがホルダに吸引されて変形を生じるおそれがあるが、上記したようにホルダとマスクとの直接接触を回避することができるため、マスクの変形を防止してマスクの寿命を長く維持することができ、特に効果的である。

本発明に係る基板ホルダの取扱方法は、成膜対象である基板の一部を覆うパターンを有するマスクと、マスクを搭載するマスクフレームと、マスクフレームとの間でマスクとその上に搭載される基板とを挟持するホルダと、マスクフレーム及びホルダの一方に設けられた位置決め突起と、マスクフレーム及びホルダの他方に設けられ位置決め突起が挿通されて該ホルダと該マスクフレームとを位置決めする位置決め穴と、位置決め穴に隣接して設けられ位置決め突起の先端部が係合される係合部と、を備え、位置決め突起の先端部が係合部に係合された状態では、マスクから離間してマスクフレーム上でホルダを支持可能である基板ホルダの取扱方法であって、ホルダとマスクフレームとの間でマスクと基板とを挟持する挟持工程と、基板ホルダから基板を取外した後、マスクフレーム上のマスクとホルダとを離間させた状態で、マスクフレーム上でホルダを支持させる支持工程と、を備えることを特徴とする。

この方法によれば、基板ホルダから基板を取外した後、マスクフレーム上のマスクとホルダとを離間させた状態で、マスクフレーム上でホルダを支持させることができる。従って、基板を外した基板ホルダを搬送機構の下流側から上流側に戻すに際し、マスクとホルダとの接触を回避することで、マスクが傷つくのを防止し、マスクの寿命を長く維持することができる。
挟持工程では、位置決め穴を位置決め突起に挿通して位置決めして、マスクと基板とを挟持すると共に、支持工程では、ホルダとマスクフレームとの相対位置を水平方向にシフトさせ、位置決め突起を介してマスクフレーム上でホルダを支持させると好ましい。このようにすれば、位置決め突起を介してマスクフレーム上でホルダを確実に支持させることができる。

本発明によれば、マスクの寿命を長く維持することができる。従って、マスクの交換頻度を少なくして、生産性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る基板ホルダを用いて成膜を行う成膜装置の構成を示す図である。成膜装置１は、成膜室である真空容器１０と、真空容器１０中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ源であるプラズマガン３０と、真空容器１０内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射する陽極部材５０と、真空容器１０上部に配置されて基板ホルダＷＨを陽極部材５０の上方で移動させる搬送機構７０と、真空容器１０内を所定の真空度及び雰囲気に調整する真空排気装置等からなる雰囲気調整装置９０とを備える。

ここで、プラズマガン３０は、プラズマビームＰＢを発生する圧力勾配型のプラズマガンであり、プラズマガン３０と真空容器１０との間には、プラズマビームＰＢを真空容器１０まで導く中間電極４１、４２、ステアリングコイル４４等が配置されている。また、陽極部材５０は、プラズマガン３０からのプラズマビームＰＢを下方に導くとともに蒸発材料を収容するハース本体５３を有するハース５１と、その周囲に配置された環状の補助陽極５２とからなる。搬送機構７０は、搬送路７１内に水平方向に配列された複数のコロ７２と、これらのコロ７２を適当な速度で回転させて基板ホルダを一定速度で移動させる駆動装置（図示を省略）とを備える。

この成膜装置１においては、プラズマガン３０の陰極３１と真空容器１０内のハース５１との間で放電が生じ、これによりプラズマビームＰＢが生成される。このプラズマビームＰＢは、ステアリングコイル４４や補助陽極５２内の永久磁石等により決定される磁界に案内されてハース５１に到達する。ハース本体５３に収納された例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の蒸発材料は、プラズマビームＰＢにより加熱されて蒸発する。この蒸発粒子は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、搬送機構７０によって一定速度で移動する基板ホルダＷＨの下面に露出するガラス基板Ｗの表面に付着し、ここにＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の被膜が形成される。

図２は、基板ホルダＷＨの構成を示す分解斜視図である。基板ホルダＷＨは、成膜の対象となるガラス基板Ｗを、マスクフレームＦに搭載されたマスクＭとホルダＨとで挟持可能な構造になっている。

ガラス基板Ｗは、矩形の薄板であり、成膜面ＷａがマスクＭに対向し、裏面ＷｂがホルダＨに対向する。マスクＭは、一対の開口を有するフレーム状の薄板であり、磁性体で形成されている。マスクフレームＦは、中央が広く開口された枠体であって、マスクＭを搭載する。マスクフレームＦの開口の大きさは、マスクＭの外形より若干小さく、外周縁部を介してマスクＭはマスクフレームＦに支持される。ホルダＨは、マスクＭと同様に一対の開口を有し、外周縁部がマスクＭよりも広い。このホルダＨはある程度の厚みがあり、マスクＭを吸引する図示しないマグネットを内蔵している。

ここで、マスクフレームＦのホルダＨと対向する上面における４つの隅部には、ホルダＨとの位置決めのための４つの位置決めピン（位置決め突起）６０が棒状に突設されている。そして、ホルダＨには、マスクフレームＦの位置決めピン６０を挿通させるため、４つの隅部に４つの位置決め穴８０が貫通形成されている。

マスクフレームＦに搭載されたマスクＭは、成膜に際してガラス基板Ｗの成膜面Ｗａを部分的に支持し遮蔽する。ホルダＨは、マスクＭとの間の磁気吸引力によってガラス基板Ｗをその裏面Ｗｂ側からマスクＭに押し付ける。これにより、マスクＭとガラス基板Ｗとは、アライメントされた状態でマスクフレームＦとホルダＨとの間で挟持される。そして、ホルダＨとマスクフレームＦとは、位置決めピン６０が位置決め穴８０に挿通されることで位置決めされており、搬送時において両者のズレが防止されている。

また、ホルダＨのマスクフレームＦと対向する下面であって位置決め穴８０の近傍には、位置決め穴８０と同じサイズの有底の４つの係合穴（係合部）８２が設けられている。従って、この係合穴８２に位置決めピン６０の先端部を係合させることで、マスクＭから離間した状態で、マスクフレームＦ上でホルダＨを支持することができる。

次に、図１及び図３を参照して、上記した成膜装置１におけるガラス基板Ｗの搬送について説明する。このとき、図１の矢印Ｔで示すように、ガラス基板Ｗは、図１の左側の上流から右側の下流に向かって、搬送機構７０により搬送されるものとする。

ガラス基板Ｗは、搬送機構７０の上流側で、基板ホルダＷＨにセットされる。すなわち、図３（ａ）に示すように、マスクフレームＦに搭載されたマスクＭ上にガラス基板Ｗがアライメントされた上で載置され、その上に吊ピンＰに吊られたホルダＨが運ばれて、ガラス基板Ｗ上に載置される。ホルダＨには、図示しないマグネットが内蔵されているため、磁気吸引力によってガラス基板Ｗに対してマスクＭが押し付けられる。このとき、ホルダＨの位置決め穴８０にマスクフレームＦ上の位置決めピン６０が挿通されることで、図３（ｂ）に示すように、マスクフレームＦに対してホルダＨが位置決めされ、両者のズレが防止される。

この状態で、ガラス基板Ｗを搭載した基板ホルダＷＨが、搬送機構７０の上流側から下流側へとコロ７２を介して搬送される。ガラス基板Ｗが真空容器１０の上方にきたとき、マスクＭで覆った部分を除いてガラス基板Ｗに成膜が施される。

搬送機構７０の下流側では、吊ピンＰによりホルダＨが吊り上げられ、成膜されたガラス基板Ｗが取り出される。そして、ホルダＨを水平方向に移動させることで、ホルダＨとマスクフレームＦとの相対位置を水平方向にシフトさせ、マスクフレームＦの位置決めピン６０の先端部を、ホルダＨ下面の係合穴８２に係合させる。このようにして、図３（ｃ）に示すように、マスクＭとホルダＨとを離間させた状態で、マスクフレームＦ上で位置決めピン６０を介してホルダＨを支持する。

この状態で、基板ホルダＷＨを搬送機構７０の下流側から上流側へ返送する。そして、搬送機構７０の上流側では、図３（ｄ）に示すように、吊ピンＰによりホルダＨを吊り上げ、次に成膜処理するガラス基板Ｗを受け入れる。この工程を、成膜処理するガラス基板Ｗごとに繰り返す。

このように、本実施形態に係る基板ホルダＷＨを用いた成膜では、位置決め穴８０に隣接して係合穴８２が設けられているため、位置決めピン６０の先端部を係合穴８２に係合させることで、マスクＭから離間した状態で、マスクフレームＦ上でホルダＨを支持することができる。従って、ガラス基板Ｗを外した基板ホルダＷＨを搬送機構７０の下流側から上流側に戻すに際し、マスクＭとホルダＨとの接触を回避することで、マスクＭが傷つくのを防止したり、ホルダＨの磁気吸引力によるマスクＭの変形を防止したりすることで、マスクＭの寿命を長く維持することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、位置決めピン６０をホルダＨの下面に設け、位置決め穴８０及び係合穴８２をマスクフレームＦに設けてもよい。

また、図４に示すように、位置決めピン６０と係合する係合部を、位置決め穴８０よりもサイズが小さい係合穴８４とし、位置決めピン６０は、係合穴８４よりサイズが大きく位置決め穴８０に挿通可能な大径部６０ａと、大径部６０ａよりも先端側に設けられ係合穴８４に挿通可能な小径部６０ｂと、を有するようにしてもよい。このようにすれば、ガラス基板Ｗの搬送時には、図５（ａ）に示すように、ホルダＨの位置決め穴８０に位置決めピン６０を大径部６０ａまで挿通させ、ホルダＨを自重によりガラス基板Ｗ上に載置し、ホルダＨとマスクフレームＦとの間でマスクＭ及びガラス基板Ｗを挟持し、一方、基板ホルダＷＨの返送時には、図５（ｂ）に示すように、ホルダＨの係合穴８４に位置決めピン６０の小径部６０ｂを挿通させ、大径部６０ａとの段差部分でホルダＨを係止することで、マスクＭとホルダＨとが離間した状態を維持することができる。

また、図６に示すように、位置決めピン６０と係合する係合部を、円形の位置決め穴８０よりもサイズが小さい角型の係合穴８６とし、これを位置決め穴８０と連通させてもよい。

また、位置決めピン６０と係合する係合部を、図４及び図６に示すように、位置決め穴８０よりもサイズが小さい係合穴８４，８６とした上で、位置決めピン６０は、係合穴８４，８６よりサイズの小さい先端から基端に向けて係合穴８４，８６よりサイズが大きくなるように拡径させて、円錐状に形成してもよい。このようにすれば、ガラス基板Ｗの搬送時には、図８（ａ）に示すように、位置決め穴８０に位置決めピン６０を挿通させることで、ホルダＨを自重によりガラス基板Ｗ上に載置することができる。一方、基板ホルダＷＨの返送時には、図８（ｂ）に示すように、位置決めピン６０を係合穴８４，８６に挿通することで、位置決めピン６０の所定の高さ位置で、位置決めピン６０の外周面が係合穴８４，８６に係合して、マスクＭとホルダＨとが離間した状態を維持することができる。

また、位置決めピン６０の先端に磁石を設け、ホルダＨの下面にこの磁石と磁力により係合する係合部を設けてもよい。この場合、係合部は磁力により吸着可能であれば、図３で説明したような有底穴８２であってもよいし、単なる平面であってもよい。

また、上記実施形態では、ガラス基板Ｗに対する成膜処理について説明したが、ガラス基板Ｗ以外に、樹脂製基板やシリコンウェハなどの基板の成膜処理についても適用可能である。

また、上記実施形態では、プラズマを用いたイオンプレーティングによる成膜処理について説明したが、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着などによる成膜処理にも適用可能である。

本実施形態に係る基板ホルダを用いて成膜を行う成膜装置の構成を示す図である。 基板ホルダの構成を示す分解斜視図である。 基板ホルダの搬送時及び返送時における取扱方法を示す図である。 位置決めピン及び係合穴の変形例を示す斜視図である。 図４の変形例における基板ホルダの搬送時及び返送時における取扱方法を示す図である。 係合穴の変形例を示す斜視図である。 位置決めピンの変形例を示す斜視図である。 図７の変形例における基板ホルダの搬送時及び返送時における取扱方法を示す図である。

符号の説明

１…成膜装置、６０…位置決めピン（位置決め突起）、６０ａ…大径部、６０ｂ…小径部、８０…位置決め穴、８２，８４，８６…係合穴（係合部）、ＷＨ…基板ホルダ、Ｍ…マスク、Ｆ…マスクフレーム、Ｗ…ガラス基板、Ｈ…ホルダ。

Claims (8)

1. 成膜対象である基板の一部を覆うパターンを有するマスクと、
   前記マスクを搭載するマスクフレームと、
   前記マスクフレームとの間で前記マスクとその上に搭載される前記基板とを挟持するホルダと、
   前記マスクフレーム及び前記ホルダの一方に設けられた位置決め突起と、
   前記マスクフレーム及び前記ホルダの他方に設けられ、前記位置決め突起が挿通されて、該ホルダと該マスクフレームとを位置決めする位置決め穴と、
   前記位置決め穴に隣接して設けられ、前記位置決め突起の先端部が係合される係合部と、を備え、
   前記位置決め突起の先端部が前記係合部に係合された状態では、前記マスクから離間して前記マスクフレーム上で前記ホルダを支持可能であることを特徴とする基板ホルダ。
2. 前記位置決め穴は貫通穴であり、前記係合部は有底穴であることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
3. 前記係合部は、前記位置決め穴よりもサイズが小さい係合穴であり、
   前記位置決め突起は、前記係合穴よりサイズが大きく前記位置決め穴に挿通可能な大径部と、該大径部よりも先端側に設けられ前記係合穴に挿通可能な小径部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
4. 前記係合部は、前記位置決め穴よりもサイズが小さい係合穴であり、
   前記位置決め突起は、前記係合穴よりサイズの小さい先端から基端に向けて該係合穴よりサイズが大きくなるように拡径していることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
5. 前記位置決め突起の先端には磁石が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
6. 前記ホルダは磁性を有することを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
7. 成膜対象である基板の一部を覆うパターンを有するマスクと、前記マスクを搭載するマスクフレームと、前記マスクフレームとの間で前記マスクとその上に搭載される前記基板とを挟持するホルダと、前記マスクフレーム及び前記ホルダの一方に設けられた位置決め
   突起と、前記マスクフレーム及び前記ホルダの他方に設けられ前記位置決め突起が挿通さ
   れて該ホルダと該マスクフレームとを位置決めする位置決め穴と、前記位置決め穴に隣接
   して設けられ前記位置決め突起の先端部が係合される係合部と、を備え、前記位置決め突
   起の先端部が前記係合部に係合された状態では、前記マスクから離間して前記マスクフレ
   ーム上で前記ホルダを支持可能である基板ホルダの取扱方法であって、
   前記ホルダと前記マスクフレームとの間で前記マスクと前記基板とを挟持する挟持工程と、
   前記基板ホルダから前記基板を取外した後、前記マスクフレーム上の前記マスクと前記ホルダとを離間させた状態で、該マスクフレーム上で該ホルダを支持させる支持工程と、を備えることを特徴とする基板ホルダの取扱方法。
8. 前記挟持工程では、前記位置決め穴を前記位置決め突起に挿通して位置決めして、前記マスクと前記基板とを挟持すると共に、
   前記支持工程では、前記ホルダと前記マスクフレームとの相対位置を水平方向にシフトさせ、前記位置決め突起を介して該マスクフレーム上で前記ホルダを支持させる、ことを特徴とする請求項７に記載の基板ホルダの取扱方法。

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