JP6301732B2

JP6301732B2 - 成膜用マスクホルダ

Info

Publication number: JP6301732B2
Application number: JP2014105217A
Authority: JP
Inventors: 卓也大坂; 清隆長峯
Original assignee: 株式会社システム技研
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: JP2015218389A

Description

本発明は、成膜処理の対象物としての基板上にマスクを磁力で保持する成膜用マスクホルダに関する。

パワーデバイスをはじめとする半導体素子、水晶振動子等の各種デバイスの製造工程には薄膜による電極形成プロセスがあり、この電極形成プロセスの一つとしてマスク成膜法が知られている。マスク成膜法は、多数の磁石を具備した成膜処理用マスクホルダ上に、基板と、所定の開口が形成された磁性材料から成るマスクとを順次重ねて配置し、マスクを基板の表面に磁力で吸着つつ、この状態でスパッタリング等の成膜処理を行い、成膜が終了した後、マスクを離脱することでパターンを形成するものである。
マスク成膜法は簡便でありプロセスコストが安いという利点があるが、マスクが基板から離間して密着性が低下し易い。このようにマスクが基板から浮いた状態でスパッタリング等による成膜を行うと、形成されたパターンに欠陥が発生し易くなり、このマスクの浮きという問題が解決されない限り微細なパターン形成には適さない。このため、微細なパターンを形成するため、マスクが基板から浮かないよう、マスクを成膜処理用マスクホルダに強力な磁力で吸着する必要がある。

本出願人により提案された未公知の特許文献１（特願２０１３−１４７７５３公報）には、一面に磁力により吸引されるマスクを配置した基板の他面を一面で支持する第１プレートと、第１プレートの他面側に配置され、外面に係止部材を取り付けた磁石を夫々収容する複数の貫通穴部を備えた第２プレートと、を備え、磁石の磁力により第１プレートを吸引することにより第２プレート上にマスクを保持するようにした成膜処理用マスクホルダが提案されている。

しかし、この従来例では磁石の外面に係止部材を取り付ける必要があるため、係止部材の分だけ部品点数、製造コスト、組み付け手数が増大するという問題を有している。即ち、係止部材自体の構造が複雑であるために製造コストが高くなるばかりでなく、この係止部材を収容するための穴部の内部構造が複雑化して加工手数が増大して加工コストが増大する。また、第２プレート側の穴部は磁石を収容する容積に加えて、穴部の軸方向及び外径方向に係止部材を収容する占有スペースを確保する必要があるために、穴部が大型化する一方で、係止部材の収容スペースの分だけ使用できる磁石の体積が小さくなって磁力が低下する、という問題を有している。磁石の磁力が低下してマスクを吸引する力が低下すると、基板上におけるマスクの浮きや位置ズレが発生して成膜不良が発生し易くなる。
また、このマスクホルダを組立てる際に、磁石と係止部材との位置関係、係止部材と第２のプレートとの位置関係を適正に維持するための措置を講じる必要がある等、工程が煩雑となり、工数が増大する。

次に、スパッタリング等を用いたマスク成膜法では、例えば１００℃程度の低温での成膜が理想的であるが、プラズマ内の自由電子は基板の成膜面に流入してジュール熱となって成膜面の温度を例えば２００℃程度まで上昇させる要因となる。成膜温度が高いほど膜の内部応力が高くなるが、半導体素子を形成する上で膜の内部応力の増大は好ましくない特性要因となるため、成膜温度は極力下げることが理想である。
このため、第２プレートの底面に冷却装置を配置してマスク、及び基板側の熱をマスクホルダを経由して冷却装置側に放熱するように構成している。
しかし、特許文献１のように第２プレートに設けた磁石収容用の穴部が貫通穴であると、第２プレート底面から冷却装置に伝わる熱量が穴部の開口面積分だけ減少して冷却効率が低下するという問題があった。

特願２０１３−１４７７５３号

以上のように第１プレートと第２プレートとの間に磁石を収容した従来の成膜用マスクホルダにおいて、第２プレートに形成した貫通穴内に係止部材と共に磁石を収容するように構成すると、係止部材と貫通穴の形状が複雑となり、その分だけ製造コスト、組み付け手数が増大するという問題があった。
また、係止部材の収容スペース分だけ磁石が小型化して磁力が低下するためにマスクと基板との密着性が低下するという問題があった。
また、第２プレートに貫通穴が存在することにより、第２プレート下面に配置される冷却装置との接触面積が少なくなり、放熱効果が低下するという問題があった。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、第１プレートと第２プレートとの間に磁石を収容した従来の成膜用マスクホルダにおいて、係止部材を用いることなく第２プレート側に磁石を位置決めすることにより組み付け手数の低減、並びに製造コストダウンを図ると共に、磁石の体積の小型化による磁力の低下を防止し、更にマスクホルダ底面に配置した冷却装置への放熱効率の低下を防止した成膜用マスクホルダを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の成膜用マスクホルダは、磁力により吸引されるマスクを一面に配置した成膜対象物の他面を一面で支持する第１プレートと、前記第１プレートの他面側に配置され、前記マスクを吸引する複数の磁石を該第１プレートとの間に収容する第２プレートと、を備え、前記第２プレートは、前記各磁石の少なくとも一端部を収容し、且つ厚さ方向へ貫通する複数の貫通穴と、前記各貫通穴内に設けられて前記磁石の抜け落ちを防止する係止部と、前記貫通穴の前記係止部よりも外側に形成される空所内に収容されるとともに、前記係止部に係止することにより前記係止部よりも内側への移動が阻止され、該貫通穴内の前記磁石の磁力により吸引保持される蓋部材と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る成膜用マスクホルダによれば、第１プレートと第２プレートとの間に磁石を収容した従来の成膜用マスクホルダにおいて、係止部材を用いることなく第２プレート側に磁石を位置決めすることにより組み付け手数の低減、並びに製造コストダウンを図ると共に、磁石の体積の小型化による磁力の低下を防止し、更にマスクホルダ底面に配置した冷却装置への放熱効率の低下を防止することができる。

（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る成膜用マスクホルダの構成を示す平面図、正面図、及びＡ-Ａ断面図である。この成膜用マスクホルダの分解斜視図である。図１（ｃ）の要部拡大図である。蓋部材単体の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る成膜用マスクホルダについて説明する。
まず、成膜用マスクホルダの全体構造について説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る成膜用マスクホルダの構成を示す平面図、正面図、及びＡ-Ａ断面図であり、図２はこの成膜用マスクホルダの分解斜視図であり、図３は図１（ｃ）の要部拡大図であり、図４は蓋部材の単体の構成を示す斜視図である。

成膜用マスクホルダ（成膜処理用マスクホルダ）１は、半導体基板、水晶基板、セラミック基板等々の成膜対象物としての基板（ウェハ）５０を配置可能な一面を備えており、且つ内部に複数の円筒状の磁石（永久磁石）３０を備えている。ホルダ１の一面上に一面（非成膜面）を配置した基板５０の他面（成膜面）上に磁性体から成るマスク６０を配置することにより磁石によりマスク６０を吸引して基板５０を保持するものである。基板５０を保持した成膜用マスクホルダ１を図示しない成膜装置内に搬送系を用いて搬入した状態でスパッタリング等の成膜方法によって、基板の成膜面上に成膜処理を行う。
成膜用マスクホルダ１は、例えば純銅により構成するが、純銅に限定されるわけではなく、アルミ等、他の金属素材で製作することもできる。
マスク６０には、基板５０の成膜パターンに対応する開口６１が形成されている。マスクとしては、磁石に吸着される材料、例えば、フェライト系ステンレス、または鉄−ニッケル合金などの軟磁性材を用いる。
なお、基板５０の形状は図示した円板状に限らないが、本例では円板状の基板を一例として説明する。

成膜用マスクホルダ１は、磁力により吸引されるマスク６０を一面（成膜面）に配置した基板５０の他面（非成膜面）を一面（ワーク支持面）２ａで支持する第１プレート２と、第１プレート２の他面２ｂ側に配置され、マスクを吸引する複数の磁石３０を第１プレートとの間に収容する第２プレート１０と、を備える。
第１プレートと第２プレートとは、ネジ止め、その他の固定方法により着脱自在に組み付けられる。
第２プレート１０は、各磁石３０の少なくとも一端部３０ａを収容し、且つ厚さ方向へ貫通する複数の貫通穴１５と、各貫通穴の内壁（下部）に突設されて磁石の抜け落ちを防止する係止部１６と、貫通穴の係止部１６よりも外側（下方）に形成される空所Ｓ内に収容されて貫通穴１５内に一部を収容された磁石３０の磁力により吸引保持される蓋部材２０と、を備えている。

また、貫通穴１５内における係止部１６の深さ方向位置ｄは、係止部により磁石の一端部３０ａを係止したときに、第２プレートの一面１０ａより磁石の他端３０ｂを突出させることを可能とする深さ（磁石の全長ｈ＞深さ方向位置ｄ）にある。

蓋部材２０は、係止部１６よりも外側の空所Ｓ内に収容された時に係止部１６と接触して内側（上方）への移動を阻止される一方で、蓋部材の底面２０ａは第２プレートの底面１０ｂと面一（無段状）に連続するように平坦化されている。
即ち、蓋部材２０は、図４に示すように、外側（下側）に位置する円形の大径部２１と、大径部の内面（上面）に同心円状に配置された小径部（突起部）２２と、から一体的に構成されており、小径部外周から張り出した大径部２１の環状部分の上面を係止部１６の下面により係止することにより、磁石からの磁力によって係止部を越えて蓋部材が内側へ移動することを阻止されている。
係止部１６は、貫通穴１５の外側開口よりも所定距離内側位置の内壁に突設された環状突起であり、磁石の底部のエッジ部（外周縁）と接して磁石が係止部を越えて外側へ移動することを阻止できるように構成されている。また、係止部１６は蓋部材２０が係止された位置よりも内側へ移動することを阻止する機能も有している。

第１プレートの他面２ｂには各磁石の他端３０ｂを夫々収容する複数の凹所５を備えている。
各凹所５は近接配置されているが、凹所間には仕切りとなる壁部（厚肉部）６が配置されている。このため、壁部６の存在により第１プレートの機械的強度を所定に維持することができる。
第１プレート２、及び第２プレート１０は、加工性と熱伝導性を考慮し純銅材で製作することが望ましい。
蓋部材２０は磁石３０に吸引されるため、鉄やニッケル合金などの軟磁性材により構成する。
磁石３０は、例えば、ネオジウムやサマリウムコバルト等の焼結マグネットであり、本例では柱体状（円筒状）である円柱として構成されている。磁石は、円柱状である必要はなく、角柱状であってもよい。
磁石３０の他端部３０ｂが必要最小限の肉厚を有した第１プレートの天井面５ａと接することにより、マスクと磁石との間の距離を可能な限り接近させることが可能となり、マスクを吸引保持する磁力を充分に確保することが可能となる。

以上の構成を備えた本発明に係る成膜用マスクホルダによれば、特許文献１に開示された如き係止部材が不要であるため、ホルダ全体のコスト、及び製造手数を低減させることができる。即ち、構造が複雑なために製造コストが高くなる係止部材に比して、蓋部材２０は構成がシンプルであるため、製造コストの点でも有利である。

また、磁石の外周に係止部材を配置する場合に比して、貫通穴内における係止部材の占有スペースに見合う分だけ磁石の体積を増大させることができるので、磁石の配置ピッチが一定である場合にはより強い磁力を有した磁石を配置することが可能となり、マスクを吸引する力を高めてマスクと基板との位置ズレを防止することが可能となる。
また、蓋部材２０は磁石の外周に配置される訳では無く、磁石の軸方向外側位置に配置されるため、磁石の体積（貫通穴内における磁石収容スペース）を減縮させる要因となることもない。
また、蓋部材２０は形状が単純であるため、パーツフィーダーなどで整列しやすく、組立て作業（第２プレートに対する蓋部材の組付け作業）の自動化が容易となり、結果的に成膜用マスクホルダのコストを低減できる。
また、蓋部材２０は、第２プレートの貫通穴１５の空所Ｓ（下部空所）内にセットされた状態で磁石３０によって吸引保持されるため、蓋部材を組み付けた状態では貫通穴１５は有底穴（止まり穴）となる。

成膜作業中に基板上の薄膜が過熱状態となって内部応力が増大すると特性が悪化する要因となることは上述の通りであるが、そのための対策としてホルダ底面（第２プレート底面）に図示しない水冷式の冷却ステージを密着させた状態で成膜が行われる。この際に、第２プレート下面と冷却ステージの接触面積が大きいほど冷却効率を高めて成膜不良の発生を低減できる。貫通穴１５の底面に蓋部材が存在しない場合には、第２プレートと冷却ステージとの接触面積が複数の貫通穴の合計開口面積に相当する分だけ減少して冷却効果が低下することは明かである。
これに対して本発明では蓋部材２０が全ての貫通穴１５の下側開口を塞いでいるため、蓋部材に伝熱手段を兼用させることができる。このため、第２プレート底面の開口面積がゼロとなり、冷却ステージとの接触面積を最大限に拡大することが可能となる。
このため、本発明の第２プレートを備えた成膜用ホルダにより基板を支持した状態でスパッタリング等の成膜処理を行う方が、形成される膜に加わる熱応力が少なくなり、不良品の発生率が低下する。

［本発明の構成、作用、効果のまとめ］
第１の本発明に係る成膜用マスクホルダ１は、磁力により吸引されるマスク６０を一面に配置した成膜対象物５０の他面を一面で支持する第１プレート２と、第１プレートの他面側に配置され、マスクを吸引する複数の磁石３０を該第１プレートとの間に収容する第２プレート１０と、を備え、第２プレート１０は、各磁石の少なくとも一端部３０ａを収容し、且つ厚さ方向へ貫通する複数の貫通穴１５と、各貫通穴内に設けられて磁石の抜け落ちを防止する係止部１６と、貫通穴の係止部よりも外側に形成される空所内に収容されるとともに、係止部に係止することにより係止部よりも内側への移動が阻止され、該貫通穴内の磁石の磁力により吸引保持される蓋部材２０と、を備えていることを特徴とする。
第２プレートに設けた磁石支持部としての貫通穴１５内に柱状（非環状）の磁石を位置決めする手段として係止部１６を用いているため、格別の部材としての係止部材が不要となる。このため、係止部材を併用する場合に比して磁石の体積を増大させることができ、マスクを吸引する力を高めてマスクと基板との位置ズレを防止することが可能となる。貫通穴１５内に係止部１６を形成する加工は、従来の係止部材を支持するための加工に比して格段に容易であり、製造手数を低減できる。貫通穴の下部開口を蓋部材２０により閉止し且つ磁石により吸引して保持することができるので、貫通穴を設けることにより生じる欠点である熱伝導性の低下という問題を解決することができる。

また、蓋部材２０は磁石の軸方向外側位置に配置されるため、磁石の体積を減縮させる要因となることもない。
また、蓋部材２０は形状が単純であるため、第２プレートに対する蓋部材の組付け作業の自動化が容易となり、成膜用マスクホルダのコストを低減できる。
蓋部材２０が全ての貫通穴１５の下側開口を塞いでいるため、第２プレート底面の開口面積がゼロとなり、冷却ステージとの接触面積を最大限に拡大して放熱効率を高めることができる。このため、スパッタリング等の成膜処理中に形成される薄膜に加わる熱応力が少なくなり、不良品の発生率が低下する。
また、貫通穴１５内における係止部１６の深さ位置ｄは、該係止部により磁石３０を係止したときに、第２プレート１０の一面１０ａより磁石の他端を突出させる深さにあり、第１プレート２の他面には各磁石の他端を夫々収容する複数の凹所５を備えている。

本発明に係る成膜用マスクホルダは、２つのプレート２、１０の間に磁石３０を収容するタイプである。このタイプの成膜用マスクホルダにおいて円筒状、多角柱状、即ち中心部に穴を有しない非環状の磁石を用いる場合には、磁石の位置決めが重要となる。
本発明では、貫通穴内の中間高さ位置に設けた環状の係止部１６により磁石の一端部３０ａを係止するようにしたので、非環状の磁石を安定して保持することができる。
また、全ての貫通穴１５内に収容された磁石の他端部３０ｂの位置を一定とすることができるので、全ての磁石の他端部３０ｂとマスクとの間の距離を一定にして吸引力のバラツキをなくすることができる。

１…成膜用マスクホルダ、２…第１プレート、５…凹所、５ａ…天井面、６…凹所、６…壁部、１０…第２プレート、１０ａ…一面、１０ｂ…底面、１５…貫通穴、１６…係止部、２０…蓋部材、２０ａ…底面、２１…大径部、３０…磁石、３０ａ…一端部、３０ｂ…他端部、５０…基板、６０…マスク、６１…開口

Claims

磁力により吸引されるマスクを一面に配置した成膜対象物の他面を一面で支持する第１プレートと、前記第１プレートの他面側に配置され、前記マスクを吸引する複数の磁石を該第１プレートとの間に収容する第２プレートと、を備え、
前記第２プレートは、前記各磁石の少なくとも一端部を収容し、且つ厚さ方向へ貫通する複数の貫通穴と、前記各貫通穴内に設けられて前記磁石の抜け落ちを防止する係止部と、前記貫通穴の前記係止部よりも外側に形成される空所内に収容されるとともに、前記係止部に係止することにより前記係止部よりも内側への移動が阻止され、該貫通穴内の前記磁石の磁力により吸引保持される蓋部材と、を備えていることを特徴とする成膜用マスクホルダ。