JP5990439B2 - 薄膜形成方法、薄膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は金属製のシャドウマスクを用いた薄膜形成方法と、薄膜形成装置に関し、特に、保護膜を設けたシャドウマスクを用いた薄膜形成方法と、薄膜形成装置とに関する。

従来では、パターニングされたフォトレジストをマスクとし、エッチングによって薄膜を所望のパターンに成形するフォトリソグラフが用いられていたが、エッチングによるダメージが考慮され、近年では、成膜の際に、成膜対象物の表面にシャドウマスクを配置し、シャドウマスクによって成膜物質の陰を形成して所望のパターンの薄膜を成膜する技術が注目されている。

しかしながら、成膜対象物の表面に薄膜を形成する際には、シャドウマスクの表面にも薄膜が形成されてしまう。従って、使用済みのシャドウマスクは、クリーニング工程によって形成された薄膜を除去し、再生する必要があるが、クリーニングの際にはシャドウマスク自体も腐蝕され、寿命が短くなるという問題がある。

特開２００８−１０２６８

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、シャドウマスクの寿命を長くする薄膜形成方法と薄膜形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽の内部に搬入された基板上にシャドウマスクを配置し、前記シャドウマスクと対向する位置に配置された放出装置から原料ガスを放出し、前記シャドウマスクと前記放出装置との間に前記原料ガスのプラズマを形成し、前記シャドウマスクのマスク開口の底面に露出する前記基板の表面に、前記プラズマによって薄膜を形成する成膜工程を有する薄膜形成方法であって、前記シャドウマスクは、金属製のマスク本体と、前記マスク本体に形成されたマスク開口と、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 又はＹ ₂ Ｏ ₃ のいずれか一方から成り前記マスク本体を覆う保護膜とを有し、当該薄膜形成方法は、前記真空槽内にＮＦ ₃ から成るクリーニングガスを導入して前記シャドウマスクと前記放出装置との間に、前記クリーニングガスのプラズマを発生させ、前記保護膜の表面に形成された付着膜をガス化して、真空排気装置によって前記真空槽の内部から除去するクリーニング工程を有し、前記クリーニング工程と前記クリーニング工程の間には、複数回の前記成膜工程を行う薄膜形成方法である。
このシャドウマスクの保護膜には、金属酸化物の薄膜を用いることができる。
また、本願発明は、前記クリーニング工程を予め設定された所定回数行った後、前記シャドウマスクを前記真空槽から搬出し、前記マスク本体上の前記保護膜を剥離し、前記マスク本体を覆う保護膜を形成した後、前記シャドウマスクを前記真空槽内に戻し、前記成膜工程と前記クリーニング工程とを行う薄膜形成方法である。
マスク本体から剥離した保護膜と同じ材質の保護膜をマスク本体に形成してもよいし、異なる材質の保護膜を形成してもよい。
また、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された載置台と、前記載置台上に配置された放出装置と、前記載置台と前記放出装置の間に配置され、片面が前記放出装置と対面されたシャドウマスクと、前記真空槽内に配置された基板が、前記シャドウマスクと前記載置台の間の位置に配置されると、前記基板を前記載置台上に配置する基板載置装置と、を有し、前記シャドウマスクは、金属製のマスク本体と、前記マスク本体に形成されたマスク開口と、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 又はＹ ₂ Ｏ ₃ のいずれか一方から成り、前記マスク本体の全表面に形成された保護膜とを有し、前記真空槽には、前記基板の表面に形成する薄膜の原料ガスと、ＮＦ ₃ から成り、前記原料ガスによって前記保護膜の表面に形成される付着膜をガス化させるクリーニングガスとを導入するガス導入系が接続された薄膜形成装置である。

本発明のシャドウマスクは、クリーニングガスを金属製のマスク本体に接触させず、腐蝕が生じないようになっているので、シャドウマスクの寿命が長くなる。

(ａ)、(ｂ)：本発明の薄膜形成装置を説明するための図 (ａ)〜(ｃ)：シャドウマスクの製造工程を説明するための図

図１(ａ)の符号１０は、本発明の薄膜形成方法に用いられる薄膜形成装置を示している。この薄膜形成装置１０は、真空槽１１と、基板載置装置２と、マスク枠１３を有している。真空槽１１には、真空排気装置２３が接続されており、真空排気装置２３による真空排気によって、真空槽１１の内部は真空雰囲気にされている。

基板載置装置２は載置台１２を有している。マスク枠１３と載置台１２とは水平に配置されている。
真空槽１１の内部には、マスク枠１３が配置されるフック２９が設けられている。

フック２９の下部は、真空槽１１の内部に突き出されており、マスク枠１３は、その周辺部分がフック２９の下部上に乗せられた状態で、真空槽１１内に配置されている。マスク枠１３の中央部分には、枠開口３１が設けられており、マスク枠１３の枠開口３１の縁上に、シャドウマスク１４の外周部分が乗せられていて、シャドウマスク１４がマスク枠１３上に乗せられている。
マスク枠１３上に配置されたシャドウマスク１４は、その下側表面が、枠開口３１から鉛直下方方向に露出されている。

本発明のシャドウマスク１４は、図２(ｂ)に示すように、マスク開口２１が形成された金属板から成るマスク本体３５と、マスク本体３５表面の保護膜３６とを有している。
このシャドウマスク１４の形成工程を説明すると、図２(ａ)〜(ｃ)は、シャドウマスク１４の製造工程を示す図面であり、マスク本体３５の片面とその裏面、マスク本体３５の周囲の側面と、各マスク開口２１の内周面とを、マスク本体３５の全表面とすると、先ず、図２(ａ)に示すように、マスク本体３５の全表面が露出した状態で、溶射法やメッキ法などによって、同図(ｂ)に示すように、保護膜３６を形成して、マスク本体３５と、保護膜３６と、マスク開口２１とでシャドウマスク１４を構成させる。

マスク本体３５は、インコネル(登録商標)等の合金であり、保護膜３６は、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃等の無機物の膜である。Ａｌの溶射膜、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌをマスク本体３５の内部に拡散させた部分によって形成される保護膜も含まれる。
基板に薄膜を形成する場合、真空排気装置２３によって真空槽１１の内部を真空排気しながら、載置台１２をフック２９よりも下方位置に降下させ、シャドウマスク１４及びマスク枠１３と、載置台１２とを離間させておく。
その状態で真空槽１１の内部に基板を搬入し、シャドウマスク１４と載置台１２の間で静止させる。

シャドウマスク１４は、載置台１２に対して位置合わせがされており、基板は、基板が載置台１２上に配置される際に、載置台１２に対して位置合わせがされるので、結局、基板が載置台１２上に配置されると、基板とシャドウマスク１４との間は位置合わせがされることになる。シャドウマスク１４と載置台１２との間の位置合わせや、基板と載置台１２との間の位置合わせは、公知の方法によって行えばよい。

次に、載置台１２を上方に移動させて載置台１２上に基板を乗せ、更に上昇させ、マスク枠１３と載置台１２とを接触させ、マスク枠１３をフック２９から持ち上げることで、シャドウマスク１４とマスク枠１３を、載置台１２上に乗せる。

図１(ｂ)は、シャドウマスク１４とマスク枠１３とが、載置台１２に乗せられた状態を示しており、符号２０は、基板を示している。同図(ｂ)の基板２０は載置台１２の表面と、シャドウマスク１４との間に位置しており、基板２０の表面と、シャドウマスク１４の下方を向いた表面とは接触している。

真空槽１１の天井の、シャドウマスク１４と対面する位置には、放出装置１５が設けられている。
真空槽１１の外部には、放出装置１５に接続されたガス導入系３３が配置されている。

ガス導入系３３には、原料ガスとキャリアガスとが配置されている。放出装置１５のシャドウマスク１４と対面する位置には、小径の放出孔が複数設けられており、ガス導入系３３から原料ガスとキャリアガスとが放出装置１５に供給されると、原料ガスとキャリアガスとは放出孔から真空槽１１の内部に噴出される。

載置台１２上のシャドウマスク１４と基板２０は、放出装置１５の下方位置に、上方からこの順序で配置されている。
シャドウマスク１４と基板２０とは、原料ガスが放出される前に位置合わせがされており、基板２０表面の、マスク開口２１の真下位置には、ここでは、基板２０の表面の有機薄膜の表面が露出されている。

ガス導入系３３から真空槽１１内に原料ガスとキャリアガスとを導入し、放出装置１５と載置台１２との間に交流電圧を印加して、シャドウマスク１４と放出装置１５との間にプラズマを生成させる。

生成されたプラズマは、先ず、シャドウマスク１４が配置された位置に到達し、マスク開口２１を通過して、基板２０の表面に到達すると、基板２０の表面に薄膜が形成される。ここでは、マスク開口２１の底部には、基板２０のマスク開口２１の底面には、基板２０上の有機薄膜が露出されており、有機薄膜の表面に、薄膜が形成される。この例では、ＳｉＮから成る薄膜が形成される。

薄膜が所望の厚さに形成されると、原料ガス導入とプラズマ生成とが停止され、載置台１２は降下し、シャドウマスク１４とマスク枠１３とがフック２９上に乗り、更に載置台１２が降下すると、基板２０は、載置台１２に設けられた孔から、上端が載置台１２上に突き出された軸部上に乗る。このとき、基板２０と載置台１２との間に隙間ができる。

その隙間に基板搬送ロボットのハンドが挿入され、軸部上に乗せられ、薄膜が形成された基板２０は、未成膜の基板と交換され、上記のように、シャドウマスク１４は位置合わせをされた状態で基板表面上に配置され、基板の所定位置への薄膜の形成が行われる。

放出装置１５から放出された原料ガスは、一部がマスク開口２１を通過して基板２０の表面に到達し、他の一部がシャドウマスク１４の保護膜３６の表面に到達し、保護膜３６の表面に基板に形成された薄膜と同じ材質の付着膜が成長する。

従って、複数枚数の基板表面に薄膜を形成すると、保護膜３６上の付着膜の薄膜は厚くなり、剥離によってパーティクルが発生したり、マスク開口２１の形状が変形したりする。図２(ｃ)の符号３０は、付着膜を示している。

ガス導入系３３には、クリーニングガスが配置されている。真空槽１１の内部は、継続して、真空排気装置２３によって真空排気され、真空雰囲気に置かれており、真空排気装置２３によって真空槽１１の内部から原料ガスが排気された後、真空槽１１の内部にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスプラズマを生成すると、クリーニングガスのプラズマは、シャドウマスク１４上の付着膜３０に接触し、付着膜３０をガス化させる。

クリーニングガスを導入する間も、真空槽１１の内部は真空排気装置２３によって真空排気されており、ガス化された付着膜３０は、真空排気装置２３の真空排気によって真空槽１１内から除去される。

ここでは、シャドウマスク１４上の付着膜３０はＳｉＮであり、クリーニングガスは、ＮＦ₃ガスである。クリーニングガスの種類は、付着膜３０の材質によって適宜選択される。

クリーニングガスプラズマと金属とが接触すると、金属は腐食してしまうが、本発明のシャドウマスク１４は、クリーニングガスプラズマと接触する部分には、保護膜３６が形成されており、クリーニングガスプラズマはマスク本体３５には接触しないので、シャドウマスク１４は腐蝕しない。

このように、本発明では、真空槽１１内にシャドウマスク１４を配置したまま、基板表面への薄膜形成と、シャドウマスク１４の付着膜３０を除去するクリーニング工程が行われるので、所定枚数の基板に薄膜が形成される度に、シャドウマスク１４のクリーニング工程を行えば、シャドウマスク１４を大気中に搬出せずに、多数枚数の基板に薄膜を形成することができる。
しかし、保護膜３６表面は、クリーニング工程を行う毎に、ＮＦ₃のプラズマに曝されてダメージを受ける。

本実施例では、一枚のシャドウマスク１４に対して所定回数のクリーニングが行われると、シャドウマスク１４を大気中に搬出し、次いで、サンドブラスト法等によって保護膜３６をマスク本体３５から剥離し、マスク本体３５の全表面を露出させる。

マスク本体３５の全表面には、溶射法等によって、新しい保護膜を形成し、新しい保護膜と、マスク本体３５と、マスク開口２１とで、シャドウマスク１４を構成させる。
このシャドウマスク１４は、真空槽１１の内部に戻し、真空雰囲気の真空槽１１内に搬入された基板上に配置して、基板のマスク開口２１の底面に位置する部分に、薄膜を形成する。

保護膜が再生されたシャドウマスク１４についても、所定枚数の基板に薄膜を形成する毎にクリーニング工程を行い、また、クリーニング工程が所定回数行われた後、同様に、真空槽１１の外部に搬出し、ダメージを受けた保護膜を剥離し、全表面が露出したマスク本体３５上に新しい保護膜を形成し、真空槽１１内に戻して薄膜形成を再開する。

なお、上述したように、基板２０表面の、マスク開口２１の真下位置には、有機薄膜の表面が露出されており、その有機薄膜の表面に、ＳｉＮから成る薄膜が形成されるが、異なる種類の原料ガスを用いることで、ＳｉＯ₂やＳｉＯＮの薄膜を形成することもできる。

保護膜３６については、上記実施例のように、金属酸化物薄膜、又は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌの拡散処理による薄膜であり、ＣｒメッキやＮｉメッキなどによる金属薄膜や、ＭｏやＷの溶射による薄膜は腐蝕やメッキ割れによって保護膜３６に用いることができない。

保護膜３６は、マスク本体３５の全表面に形成し、マスク本体３５が露出しないようにしても良いが、上記実施例では、保護膜３６はマスク本体３５の底面を除く表面に形成されており、このように、保護膜３６は、マスク本体３５の表面のうち、付着膜３０が付着する部分に形成するとよく、付着しない部分はクリーニングガスプラズマも接触しないので、マスク本体３５を露出させてもよい。即ち、保護膜３６は、マスク本体３５の表面全部を覆っても良いし、部分的に覆っても良い。

２……基板載置装置
１１……真空槽
１２……載置台
１４……シャドウマスク
１５……放出装置
２０……基板
２１……マスク開口
３０……付着膜
３５……マスク本体
３６……保護膜

Claims (3)

1. 真空槽の内部に搬入された基板上にシャドウマスクを配置し、
   前記シャドウマスクと対向する位置に配置された放出装置から原料ガスを放出し、前記シャドウマスクと前記放出装置との間に前記原料ガスのプラズマを形成し、
   前記シャドウマスクのマスク開口の底面に露出する前記基板の表面に、前記プラズマによって薄膜を形成する成膜工程を有する薄膜形成方法であって、
   前記シャドウマスクは、金属製のマスク本体と、前記マスク本体に形成されたマスク開口と、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 又はＹ ₂ Ｏ ₃ のいずれか一方から成り前記マスク本体を覆う保護膜とを有し、
   当該薄膜形成方法は、前記真空槽内にＮＦ ₃ から成るクリーニングガスを導入して前記シャドウマスクと前記放出装置との間に、前記クリーニングガスのプラズマを発生させ、前記保護膜の表面に形成された付着膜をガス化して、真空排気装置によって前記真空槽の内部から除去するクリーニング工程を有し、
   前記クリーニング工程と前記クリーニング工程の間には、複数回の前記成膜工程を行う薄膜形成方法。
2. 前記クリーニング工程を予め設定された所定回数行った後、前記シャドウマスクを前記真空槽から搬出し、前記マスク本体上の前記保護膜を剥離し、前記マスク本体を覆う保護膜を形成した後、
   前記シャドウマスクを前記真空槽内に戻し、前記成膜工程と前記クリーニング工程とを行う請求項１記載の薄膜形成方法。
3. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置された載置台と、
   前記載置台上に配置された放出装置と、
   前記載置台と前記放出装置の間に配置され、片面が前記放出装置と対面されたシャドウマスクと、
   前記真空槽内に配置された基板が、前記シャドウマスクと前記載置台の間の位置に配置されると、前記基板を前記載置台上に配置する基板載置装置と、
   を有し、
   前記シャドウマスクは、金属製のマスク本体と、前記マスク本体に形成されたマスク開口と、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 又はＹ ₂ Ｏ ₃ のいずれか一方から成り、前記マスク本体の全表面に形成された保護膜とを有し、
   前記真空槽には、前記基板の表面に形成する薄膜の原料ガスと、ＮＦ ₃ から成り、前記原料ガスによって前記保護膜の表面に形成される付着膜をガス化させるクリーニングガスとを導入するガス導入系が接続された薄膜形成装置。
   

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