JPH03104865A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば蒸着膜の膜厚を調節するマスクを備え
た蒸着装置に関する。

（従来の技術） 一般的な蒸着装置は、第５図に示されるような基本構成
をもっている。図中に示される蒸着装置１の本体は真空
容器２からなり、この真空容器２は内部が図示しない真
空ポンプにより真空状態に保持されるよう構成され、底
部から真空容器２内に電子ビーム蒸発源３が設けられて
いる。そして、天井部の中心上部にはモータ４が設けら
れており、このモータ４の回転軸５が上記真空容器２に
貫通して内部に延長されている。このモータ４の回転軸
５の端部には基板ホルダ６が保持されている。この基板
ホルダ６の下面には基板７が保持されている。この基板
７と上記電子ビーム蒸発源３との間にはシャッタ８が設
けられており、このシャッタ８は真空容器２の側面に結
合された駆動機構９によって駆動されるようになってる
。そして、上記基板７を回転した状態で電子ビーム蒸発
源３を作動し、シャッタ８を所定時間開放し、蒸着膜を
形成する。

このような蒸着装置１は蒸着膜の膜厚を平均化するため
に、基板を回転させているが高い効果を得るものではな
かった。

基板を回転して蒸着膜を形成した場合のデータについて
第６図を参照して説明する。図中に示されるように基板
の表面に形成された蒸着膜は回転の中心において一番厚
く形成され、ほぼ球面を形成するように外周部で薄くな
っている。

これはコンピュータによるシミュレーションによる結果
でも第７図に示されるように同様である。

（発明が解決しようとする課題） 一般の蒸着装置は基板を回転させることにより、蒸着膜
の厚さを均一にする努力が行われているが、高い効果を
得るものではなかった。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、蒸着
膜厚分布を極めて均一に形成できる蒸着装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） （１）真空状態に保たれる真空容器を設け、この真空容
器内に基板ホルダを設け、この基板ホルダを回転駆動す
る回転機構を設け、上記基板ホルダに固定された基板に
向けて蒸着材を蒸発させる蒸着源を設け、上記基板ホル
ダとの間にシャッタを設け、このシャッタと上記基板ホ
ルダとの間にマスクを挿入し、このマスクを基板の中心
位置からＸ座標上に基準辺を延長し、この基準辺から基
板の回転方向に延長されＸ座標に沿って曲率が変化する
マスク延長辺を設けた平面視形状に形成し、かつ、上記
基板に平行な平面上で上紀Ｘ座標の基板の中心に対応す
る原点に直交するＹ座標を設定し、このマスクは上記マ
スクと基板間の距離をｋ、マスクを使用しない場合に形
成される蒸着膜の曲率半径をＲ１基板の半径方向の任意
距離をｘＯ、基板の半径寸法をｒ，Ｘ座標とＹ座標との
原点と上記基板の半径方向の任意距離ｘＯの位置におけ
る周方向寸法εに対応するマスク延長辺上の一点とを直
線でむすびこの直線と上記基板の基準辺との挟み角をθ
とし、 ／Ｉ−１丁一ｋ の式を満足する条件で形成した蒸着装置。

（２〉真空状態に保たれる真空容器を設け、この真空容
器内に基板ホルダを設け、この基板ホルダを回転駆動す
る回転機構を設け、上記基板ホルダに固定された基板に
向けて蒸着材を蒸発させる蒸着源を設け、上記基板ホル
ダとの間にシャッタを設け、このシャッタと上記基板ホ
ルダとの間にマスクを挿入し、上記マスクを基板のほぼ
径方向に振動する加振装置を設け、上記マスクを基板の
中心位置から径方向に延びるＸ座標に沿って基準辺を延
長しこの基準辺から基板の回転方向に延長されＸ座標に
沿って曲率が変化するマスク延長辺を設けた平面視形状
に形成し、かつ、上記基板に平行な平面上で上記径方向
Ｘに直交する方向をＹ方向とし、このマスクは上記マス
クと基板間の距離ｋ１マスクを使用しない場合に形威さ
れる蒸着膜の曲率半径をＲ，基板の半径方向の任意距離
をＸＯ％基板の半径寸法をｒＳＸ座標とＹ座標の原点と
上記任意距Ｍ　Ｘ　ｏの位置における周方向寸法εに対
応するマスク延長辺上の一点とを直線でむすびこの直線
と上記基板の基準辺との挾み角をθとし、 の式を満足する条件で形或した蒸着装置。

（作　用） （１）マスクを使用しない場合の蒸着膜の曲率に基づい
て、この曲率を減少し膜厚を基板の全面にわたってほぼ
均一にする式を導き、この式によって得られる曲線で基
板の中心から径方向に延長されるマスクを形成し、この
マスクを蒸着源と基板との間に挿入し、上記基板を回転
しながら蒸着することで、極めて均一な蒸着膜厚分布を
得ることができる。

（２）マスクを使用しない場合の蒸着膜の曲率に基づい
て、この曲率を減少し膜厚を基板の全面にわたってほぼ
均一にする式を導き、この式によって得られる曲線を基
板の中心から径方向に延長されるマスクを形成し、この
マスクを蒸着源と基板との間に挿入し、かつマスクを基
板の径方向に振動し、上記基板を回転しながら蒸着する
ことで、極めて均一な蒸着膜厚分布を得ることができる
。

また、マスクを径方向に振動することにとり、基板中心
部が常にマスクに覆われることを防止し、中心部の膜厚
も均一にすることができる。

（実施例） 本発明における一実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。図中に示される蒸着装置１５の本体は密閉容
器１６からなり、この密閉容器１６は図示しない真空ポ
ンプによって真空状態を保持するようになっている。

そして、上記密閉容器１６の底部には電子ビーム蒸発源
１７が設けられている。なお、この電子ビーム蒸発源１
７は融点の高い蒸着材を使用する場合にＥＢガンを使用
し、また、融点の低い蒸着材を使用する場合にはクヌー
ドセンセル（Ｋセル）を使用することが考えられる。

そして、上記密閉容器１６の天井部の上部にはモータ１
８が設けられている。このモータ１８の回転軸１９は上
記天井部を貫通して密閉容器１６内に延長され、先端部
には基板ホルダ２０が結合されている。この基板ホルダ
２０の下面には円盤状の基板２１が保持される。そして
、基板２１を保持した基板ホルダ２０はモータ１８によ
って回転駆動されるようになっている。

また、上記電子ビーム蒸発源１７と基板ホルダ２０に保
持された基板２１との間にはシャツタ２２が挿入されて
おり、このシャッタ２２は密閉容器１６の側面に設けら
れた駆動機構２３によって駆動されるようになっている
。また、基板ホルダ２０とシャッタ２２との間にはマス
ク２４が挿入されている。このマスク２４は後述するよ
うな形状をもち、支持軸２５によって支持されている。

この支持軸２５の基端は上記密閉容器１６の側壁面を貫
通して外壁面に結合された加振装置２６によって振動さ
れるようになっている。

以下、上記マスク２４の形状について説明すれば、上記
マスク２４は第３図に示されるように基板２１の中心か
ら径方向に直線的に形成された基準辺２７と、この基準
辺２７から基板２１の回転方向に延長して形成されその
曲率が所定の条件のもとに変化するマスク延長辺２８と
から形成された輪郭をもつ平板からなっている。ここで
、上記マスク延長辺２８は以下に示す条件を満たし、基
板の中心点に対応するＸ，Ｙ座標の原点から半径ｒの円
に交差する曲線Ａと、上記半径ｒの円に曲線Ａの外周側
端が交差する部分から上記基準辺２７の外径側の端部ま
での半径ｒの円弧部分とによって形成されている。

ここで、図中において基板２１の中心を通る一方向をＸ
座標と規定し、このＸ座標に対して基板２１の中心部分
で直交するＹ座標を設定する。

図中において膜厚分布は円弧の一部とみなすことができ
る。

Ｘ２＋Ｙ２−Ｒ２　　　　　　　・・・（１）そして、
基板の円盤形状は（２）式で示される。

Ｘ２＋ｙ２”　ｒ２　　　　　　　　−（２）Ｘ座標の
任意の位置ＸＱでの膜厚δは（３）式で示される。

δ一７１Ｔ丁７丁一ｋ　　　　　　・・・（３）？こで
、ｋはマスク２４から基板２１までの距離である。

そして、マスク２４のｘＯの位置での基準辺２７からマ
スク延長辺２８までの周方向の寸広εは（４）式で示さ
れる。

ε一Ｘ０　・θ　　　　　　　　　・・・（４）ここで
、θは基準辺２７および、上記Ｘ，Ｙ座標の原点とｘ■
の周方向の曲線Ａに対応する点ｐとを結ぶ直線との挟み
角である。

マスク２４を設けない場合の膜厚δの分布を均一にする
に必要な上記εとδの関係は（５）式で示される。

でｘｏの位置に蒸着をする相対時間とも見れる。

また、Ｃはマスク２４により補正された膜厚で一定であ
る。δはマスクを使用しない場合のＸ（，の位置での膜
厚を示す。

したがって、Ｃの膜厚を幾らにとるかにより異なるが、
今、（３）式でｘＯ　−ｂにおける膜厚はδ−　Ｒ”　
　−ｂ’　　−ｋ　　　　　　　・・・（６）である。

この（６）式における膜厚を一定とするとδ一Ｖ４「７
−二石’　−ｋ−Ｃ　　　　・・・（７）式が得られる
。

上記（５）式と（７）式とを基に 一ｌ頁２　　　６２　　　＜　　　　　　　　　　・・
・（８）を得る。

なお、マスク２４を使用して実際に膜厚δを均一化する
ためには、基板２１の縁部に形成された最小の膜厚部分
を基準にして、中央部の膜厚を減少させることになる。

つまり、一定とする膜厚寸法δはｘ（，−ｒを条件とす
るのが妥当である。

そこで、上記（８）式をｘＯ−ｂ−ｒとおいてθについ
て展開すれば φ＜”　−ｘ丁一ｋ ・・・（９）を得る。

そして、上記Ｘ，Ｙ座標中において、Ｘ（，の位置にお
けるθを算出することで、Ｘ座標の任意の位置Ｘ。の位
置に対応し曲線Ａに交差する一点ｐを得ることができる
。これにより、Ｘ座標に沿って基板２１の半径「の位置
までの各位置におけるεが確定されるとともに、曲線Ａ
を得ることができる。

つまり、マスク２４を設けない場合にＸ座漂に沿って変
化する膜厚分布をマスク２４の形状によって補正するこ
とができる。基板２１が回転されるので、マスク２４の
周方向の長さεを各部に対応して形成することで、膜厚
分布を均一化できる。

上述のように形成されたマスク２４は加振装置２６によ
って第４図に示されるように基板２１の径方向に振動さ
れる。この振動幅寸広ｄは上記Ｘ，Ｙ座漂の原点部分を
中心ｉとしてほぼ同一距離を往復する状態で振動するよ
うになっている。これにより回転する基板２１の中心部
分が常にマスク２４により、覆われることを防止できる
。ここで、基板２１の回転速度は一般に最大で約２　０
　ｒｐａ＋であるが、上記加振装置２６の振動数は特に
限定されず、ゆっくりとして揺動状態でもほぼ同じ効果
を得ることができる。

上述のように （９）式で得られた曲線Ａは膜厚δを均一にするために
必要な補正値であり、Ｘ座標の各部における周方向の寸
法εを決定している。この曲線Ａによりマスク延長辺２
８のＸ，Ｙ座標の原点から半径「までの部分を形成する
ことで、周方向に回転する基板２１の一回転に対するマ
スキング時間をＸ座標に沿って変化させ、これにより、
均一な膜厚分布を得ることができる。

［発明の効果］ （１〉基板を回転して蒸着を行う蒸着装置に、従来構造
の蒸着装置には使用されていなかったマスクを使用し、
このマスクは基板の中心から径方向であるＸ座標に沿っ
て対応する基準辺と、この基準辺から周方向に延長され
たマスク延長辺とを備えた平面視形状をもっている。そ
して、上記マスク延長辺は Ｒ’　−ｘＴ−ｋ 式で得られたθとＸ。により決定される。つまり、マス
クの上記基準辺からマスク延長辺までの周方向の寸法ε
が、基板が回転するときの蒸着時間を決定しているので
、マスクを使用しない場合のＸ座標上の膜厚分布の変化
に応じて蒸着時間を調節する状態にマスクの周方向の寸
法εを決定できる。これにより、従来のマスクを用いな
い蒸着装置に比較して、均一性の極めて高い蒸着膜を得
る蒸着装置を提供できる。

〈２〉基板を回転して蒸着を行う蒸着装置に、従来構造
の蒸着装置には使用されていなかったマスクを使用し、
このマスクは基板の中心から径方向に対応するＸ座標に
直線的に対応する基準辺と、この基準辺から周方向に延
長されたマスク延長辺とを備えた平面視形状をもってい
る。そして、上記マスク延長辺は 式で得られたθとＸｏにより決定される。つまり、マス
クの上記基準辺からマスク延長辺までの周方向の寸法ε
が、基板が回転するときの蒸着時間を決定しているので
、マスクを使用しない場合のＸ座標に沿う膜厚分布の変
化に応じて蒸着時間を調節する状態にマスクの周方向の
寸法εを決定できる。これにより、従来のマスクを用い
ない蒸着装置に比較して、均一性の極めて高い蒸着膜を
得ることができる。また、マスクを基板のほぼ径方向に
振動させることで、基板の中心部を連続して覆うことを
防止して、中心部の膜厚をも均一にすることができる蒸
着装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明における一実施例であり、第
１図は蒸着装置の正断面図、第２図は基板の側断面とマ
スクの曲線ＡをＸ−Ｙ座標中に示しマスクの形状を説明
する膜厚とマスクの関係図、第３図は回転する基板とこ
の基板に対して設けられたマスクとを示す斜視図、第４
図はマスクが基板に対して振動する様子を示す下面図、
第５図乃至第７図は従来例であり、第５図は蒸着装置の
正断面図、第６図は基板の径方向距離と膜厚寸法との関
係図、第７図はシミュレーションによって得られた基板
の径方向距離と膜厚比との関係図である。 １５・・・蒸着装置、１６・・・密閉容器、１８・・・
モータ（回転機構）　１７・・・電子ビーム蒸着源、１
つ・・・回転軸（回転機構）、２０・・・基仮ホルダ、
２１・・・基板、２２・・・シャッタ、２４・・・マス
ク、２６・・・加振装置、２７・・・基準辺、２８・・
・マスク延長辺、２９・・・蒸着膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部が真空状態に保たれる真空容器と、上記真空
   容器内に設けられた基板ホルダと、この基板ホルダを回
   転駆動する回転機構と、上記基板ホルダに固定された基
   板に向け蒸着材を蒸発させる蒸着源と、上記基板ホルダ
   と蒸着源との間に設けられたシャッタとを具備した蒸着
   装置において、上記シャッタと上記基板ホルダとの間に
   マスクを挿入し、このマスクは基板の中心位置から径方
   向に延びるＸ座標上に延長された基準辺と、この基準辺
   から基板の回転方向に延長されＸ座標に沿って曲率が変
   化するマスク延長辺とを備えた平面視形状をもち、上記
   基板に平行な平面上で上記Ｘ座標に基板の中心に対応す
   る原点で直交するＹ座標を設定し、上記マスクと基板と
   の距離をｋ、マスクを使用しない場合に形成される蒸着
   膜の曲率半径をＲ、基板の半径方向の任意距離をｘ＿０
   、基板の半径寸法をｒ、上記Ｘ座標とＹ座標との原点と
   上記任意距離ｘ＿０の位置に周方向寸法εで対応するマ
   スク延長辺上の一点とを直線でむすびこの直線と上記基
   準辺−との挟み角をθとした場合に、θ＝２π・（√（
   Ｒ＾２−ｘ＾２＿０）−√（Ｒ＾２−ｒ＾２））／（√
   （Ｒ＾２−ｘ＾２＿０）−ｋ）の式を満たす条件で形成
   したことを特徴とする蒸着装置。
2. （２）内部が真空状態に保たれる真空容器と、上記真空
   容器内に設けられた基板ホルダと、この基板ホルダを回
   転駆動する回転機構と、上記基板ホルダに固定された基
   板に向け蒸着材を蒸発させる蒸着源と、上記基板ホルダ
   と蒸着源との間に設けられたシャッタとを具備した蒸着
   装置において、上記シャッタと上記基板ホルダとの間に
   マスクを挿入し、このマスクを上記基板のほぼ径方向に
   振動する加振装置を設け、上記マスクは基板の中心位置
   から径方向に延びるＸ座標上に形成された基準辺と、こ
   の基準辺から基板の回転方向に延長されＸ座標に沿って
   曲率が変化するマスク延長辺とを備えた平面視形状をも
   ち、上記基板に平行な平面上で上記Ｘ座標に基板の中心
   に対応する原点で直交するＹ座標を設定し、上記マスク
   と基板との距離をｋ、マスクを使用しない場合に形成さ
   れる蒸着膜の曲率半径をＲ、基板の半径方向の任意距離
   をｘ＿０，基板の半径寸法をｒ、上記Ｘ座標とＹ座標と
   の原点と上記基板の任意距離ｘ＿０の位置に周方向寸法
   εで対応するマスク延長辺上の一点とを直線でむすびこ
   の直線と上記基準辺との挟み角をθとした場合に、 θ＝２π・（√（Ｒ＾２−ｘ＾２＿０）−√（Ｒ＾２−
   ｒ＾２））／（√（Ｒ＾２−ｘ＾２＿０）−ｋ）の式を
   満たす条件で形成したことを特徴とする蒸着装置。