JPH10121241A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクを使用した真空蒸着装置において、真
空雰囲気中で連続して多層の蒸着膜を異なったパターン
で作成する場合に、基板蒸着面への傷の発生の防止と、
蒸着面への塵の付着を減少させる。 【解決手段】 真空槽１と、基板ホルダー２及びマスク
ホルダー３を脱着自在に保持して搬送可能なホルダー脱
着搬送機構４と、基板ホルダー２とマスクホルダー３が
重なった後にメタルマスクの四辺以上の方向にテンショ
ンを加えるテンション機構１３とを備えており、基板ホ
ルダー２は、基板７を水平方向から挾み込む爪１０を備
えている。また、基板ホルダー２に保持された基板７と
マスクホルダー３に保持されたマスク６とは間隔を空け
て配置され、基板蒸着面の傷が防止され、かつ蒸着面へ
の塵の付着が減少される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空蒸着装置に関
するものであり、特に、メタルマスクを使用する真空蒸
着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、所望のパターンを持つ多層の薄膜
を、真空を破ることなく得るための真空蒸着装置として
は、図７及び図８に示す構造のものがある（例えば、特
開平２−１７３２６１号公報参照）。図７に示すように
従来の真空蒸着装置は、真空槽１と、真空槽１内に設け
られメタルマスク４６，４７を脱着自在に保持し、且つ
メタルマスク４６，４７を昇降させるマスクホルダ機構
４２，４３，４４，４５と、真空槽１内に設けられた薄
膜形成部Ｅと、真空槽１内に移動可能に設けられ基板７
を保持する基板ホルダ４０と、真空槽１内に設けられ基
板ホルダ４０を移動させて基板７をメタルマスク４６，
４７の直上及び薄膜形成部Ｅ上に位置させる搬送機構３
９と、基板ホルダー４０に設けられメタルマスク４６，
４７を基板７に密着させる吸着手段４１とを備えてい
た。ここに、メタルマスク４６，４７には、自重による
弛みが生じるため、吸着手段４１をもってメタルマスク
４６，４７を基板９に密着させてメタルマスク４６，４
７の弛みを抑制していた。

【０００３】また、図８に示すように基板ホルダ４０
は、基板ホルダ４０のベース３５に基板厚さ分のスペー
サ３６を挾み込み、基板押さえ３７にて基板７を押さえ
てネジ３８にて固定する構造のものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図７及び
図８に示す従来の装置は、第１の問題点として、基板の
蒸着面に傷が発生しやすいということがあった。その理
由は、メタルマスクを基板蒸着面に接触させるためであ
る。

【０００５】また第２の問題点として、メタルマスクは
強磁性体でなければならないということがあった。その
理由は、電磁石等により、メタルマスクを基板の蒸着面
に吸着させるためである。

【０００６】また第３の問題点として、基板の基板ホル
ダへの取り付け及び取り外しに、時間がかかり、基板へ
のゴミの付着が起こるということがあった。その理由
は、基板の基板ホルダへの取り付けをネジ止め等で行っ
ているためである。

【０００７】本発明の目的は、所望のパターンを持つ多
層の薄膜を、基板の蒸着面に傷を付けることなく、真空
を破らずに得る真空蒸着装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る真空蒸着装置は、少なくとも基板ホル
ダとマスクホルダを真空槽内に有する真空蒸着装置であ
って、基板ホルダは、基板を保持するものであって、開
閉可能な爪を有し、開閉する爪は、基板の周縁を挟持
し、該基板を基板ホルダに脱着可能に装着するものであ
り、マスクホルダは、マスクを保持するものであって、
テンション機構を有し、基板ホルダとマスクホルダは、
基板とマスクを対向させ、かつ両者間に隙間をもたせて
組合されるものであり、テンション機構は、マスクにテ
ンションを加え、マスクを基板ホルダの基板と平行な姿
勢に矯正するものである。

【０００９】またマスクホルダ格納部とホルダ搬送機構
とを真空槽内に有し、マスクホルダ格納部は、複数のマ
スクホルダを格納するものであり、複数のマスクホルダ
に保持されたマスクは、パターン形状がそれぞれ異なる
ものであり、ホルダ搬送機構は、基板ホルダと組合せる
新たなマスクホルダをマスクホルダ格納部から選択して
搬送するものである。

【００１０】また前記マスクホルダに保持されるマスク
は、パターン開口縁に、基板側に向けて立上らせた粒子
回込み阻止部を有するものである。

【００１１】また前記開閉する爪は、底面でマスクの周
縁に支持され、底面より立上った高さ位置に段差部を有
し、段差部は、基板の周縁を支え、かつ基板をマスクか
ら引き離すものである。

【００１２】

【作用】マスクホルダに基板ホルダを重ね合わせて組立
て、マスクホルダに保持されたマスクにテンションをか
ける。このため、マスクは、基板と平行な姿勢に矯正さ
れることとなり、マスクの弛み等が修正され、その修正
されたマスクを使って基板に精度のよいパターン形成を
行うことができる。

【００１３】また基板ホルダの基板とマスクホルダのマ
スクとは、両者間に隙間をあけて対向して配置すること
となる。このため、マスクと基板の蒸着面とが接触する
ことはなく、基板蒸着面を傷付けることがない。またマ
スクのパターン開口縁に、基板側に立上った粒子回込み
阻止部を設け、粒子回込み阻止部により蒸着粒子を基板
の蒸着面に誘導している。したがって、基板とマスクと
の間の隙間に蒸着粒子が回り込むことが抑制され、蒸着
パターンの精細度を向上することができる。

【００１４】また、開閉する爪により基板を脱着可能に
支持する構造であり、この構造は、取付けネジを基板の
支持に用いる構造と比較して、基板の脱着時に発生する
塵埃量を低く抑えることができる。

【００１５】また、真空槽内において、基板に対して複
数の異種のマスクを使用することが可能となり、マスク
を交換する毎に真空槽を大気開放する必要がなく、真空
槽内で連続して異種のパターン形成を行うことができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係る真空蒸着装置を示す構成図、図２は、図１の真
空蒸着装置に用いる基板ホルダを示す断面図、図３
（ａ）は、図１の真空蒸着装置に用いるマスクホルダの
平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のａ−ａ’線断面
図、図４（ａ）は、図２の基板ホルダと図３のマスクホ
ルダとを組合せた状態を示す断面図、図４（ｂ）は同平
面図である。

【００１８】図において本発明の実施形態１に係る真空
蒸着装置は、少なくとも基板ホルダ２とマスクホルダ３
とを真空槽１内に有するものである。

【００１９】基板ホルダ２は図１及び図２に示すよう
に、基板７を保持するものであって、開閉可能な爪１
０，１０を有している。具体的に説明すると、基板ホル
ダ２は、基板ホルダ脱着機構１２に脱着可能に支持さ
れ、かつ昇降可能に取付けられる突起部８と、突起部８
に水平に取付けられたガイド３１と、ガイド３１に摺動
可能に支持され、突起部８を中心として直径方向に開閉
する爪１０，１０と、爪１０を内方に付勢するバネ１４
とを備えている。

【００２０】爪１０は図２及び図４に示すように、底面
１０ａがマスクホルダ３のマスク６の周縁に支持され、
底面１０ａより立上った高さ位置に段差部１０ｂを有し
ている。爪１０は、段差部１０ｂに基板７の周縁を支
え、段差部１０ｂの高さＡだけマスク６より基板７を引
き離すようになっている。

【００２１】マスクホルダ３は図１及び図３に示すよう
に、マスク６を保持するものであって、テンション機構
１３を有しており、テンション機構１３は、マスク６に
テンションを加え、マスク６を基板ホルダ２の基板７と
平行な姿勢に矯正するようになっている。

【００２２】具体的に説明すると、マスクホルダ３は、
ホルダ搬送機構４に保持される突起部１５と、テンショ
ン機構１３とを有している。テンション機構１３は、マ
スク６の四辺のそれぞれに対応して配置されており、マ
スク６の相対向する辺を相互に逆方向に引張ってマスク
６の弛みを矯正するものであって、マスク６の各辺の周
縁を支える台座１５ａと、マスクの各辺の周縁を台座１
５ａに押え付けるマスク押さえ１６と、マスク押さえ１
６を台座１５ａに締結するネジ１７と、台座１５ａの溝
１８に結合し、溝２６に案内されて移動する可動部２７
と、リム２９を駆動するモータ２８と、リム２９と可動
部２７とを連結するワイヤ３１とからなっている。

【００２３】またマスクホルダ３に保持されるマスク６
は図３（ｂ）に示すように、パターン９の開口縁に、基
板ホルダ２の基板７側に向けて立上らせた環状の粒子回
込み阻止部１１を有している。環状の粒子回込み阻止部
１１の高さはＢであり、爪１０の段差部１０ａの高さＡ
よりも低く、粒子回込み阻止部１１が基板から離間して
設置されるようになっている。

【００２４】さらに真空槽１内には、マスクホルダ格納
部２５と、ホルダ搬送機構４とを有している。

【００２５】マスクホルダ格納部２５は、複数のマスク
ホルダ３，２４を上下の棚に格納するようになってい
る。マスクホルダ格納部２５に保持されたマスク６は、
パターン９の形状がそれぞれ異なっている。

【００２６】ホルダ搬送機構４は、基板ホルダ２と組合
せる新たなマスクホルダ３，２４をマスクホルダ格納部
２５から選択して搬送するようになっている。

【００２７】また図１に示すように真空槽１内には、排
気口１９と、蒸着材料Ｃ，Ｄを蒸着するための発熱部２
０，２１と、蒸着材の飛散を制御するためのシャッタ２
２，２３を設けている。

【００２８】次に、本発明の実施形態１に係る動作につ
いて、図１〜図４を参照して詳細に説明する。

【００２９】図２に示す基板ホルダ２に十分洗浄した基
板７を取り付け、基板ホルダ２を図１に示す基板ホルダ
脱着機構１２にセットする。一方、図３に示すように基
板７に所望のパターンを形成するためのメタルマスク６
を、マスクホルダ３にマスク押さえ１６とネジ１７にて
固定後、マスクホルダ３をホルダ保持機構５上にセット
する。同様に別のパターンを持つメタルマスクを図１に
示すマスクホルダ２４に取り付け、これをマスクホルダ
格納部２５の各棚にセットした後、真空槽１内を排気す
る。

【００３０】次に、図１に示す基板ホルダ脱着機構１２
を下降し、マスクホルダ３上に基板ホルダ２をセットし
た後、図４（ｂ）に示すテンション機構１３のモータ２
８を駆動し、マスク６に、ほぼ水平状態になるまでテン
ションを加える。モータ２８は所定のテンションがかか
る回転位置で停止している。

【００３１】図１に示す真空槽１内が蒸着可能な圧力ま
で下がったら、蒸着膜を均一にするために基板保持機構
５を回転しつつ発熱部２０を加熱し、シャッタ２２を開
いて基板７上に蒸着する。所定の膜厚まで成膜された
ら、シャッタ２２を閉じて発熱部２０の加熱を止め、か
つホルダ保持機構５の回転を止め、図４（ｂ）に示すモ
ータ２８を逆回転させてマスク６のテンションを緩めた
後、図１に示す基板脱着機構１２を上昇させる。このと
き、図２に示す基板７上には、図３（ａ）に示すマスク
６で規定された蒸着材料Ｃの薄膜のパターンが形成され
ている。

【００３２】次に図１に示すホルダ搬送機構４を操作
し、マスクホルダ３の突起部１５を保持し、これをマス
クホルダ格納部２５の空いている棚に退避し、別のパタ
ーンをもつメタルマスクがセットされたマスクホルダ２
４をホルダ搬送機構４により搬送し、これをホルダ保持
機構５にセットする。

【００３３】そして、同様に図１に示す基板脱着機構１
２を下降し、マスクホルダ２４上に基板ホルダ２をセッ
トした後、図４（ｂ）に示すテンション機構１３のモー
タ２８を駆動し、マスクに、ほぼ水平状態になるまでテ
ンションを加える。

【００３４】次に、図１に示す基板保持機構５を回転し
つつ、発熱部２１を加熱し、シャッタ２３を開いて基板
７上に蒸着する。所定の膜厚まで成膜されたら、シャッ
タ２３を閉じて発熱部２１の加熱を止め、かつホルダ保
持機構５の回転を止め、メタルマスクのテンションを緩
めた後、基板ホルダ脱着機構１２を上昇させる。

【００３５】このようにすることにより、図２に示す基
板７上に異なる材料の２層膜を異なるパターンを真空を
破ることなく、薄膜に傷が発生することなしに形成する
ことができる。

【００３６】また、多層の薄膜を異なるパターンで成膜
する場合には、図１に示すマスクホルダ保持部２５の棚
とマスクホルダ３，２４と蒸着源とを多数設ければよ
い。

【００３７】（実施例）次に、本発明の実施例について
図面を参照して詳細に説明する。

【００３８】図１〜図５を参照すると、本発明の実施例
は図１に示すように１×１０^-3Ｐａ以下の真空に排気可
能な真空槽１と、真空槽１内に設けられ、基板ホルダ２
及びマスクホルダ３を脱着自在に保持して搬送可能な上
下左右に伸縮自在なホルダ搬送機構４と、基板ホルダ
２，マスクホルダ３を蒸着源の上方５０ｃｍの蒸着位置
で保持し、２０ｒｐｍで回転可能なホルダ保持機構５
と、基板ホルダ２をホルダ保持機構５上に脱着可能な上
下に伸縮可能な基板ホルダ脱着機構１２と、マスクホル
ダ３上に基板ホルダ２が重なった後に、ステンレス，モ
リブデン等の材料でエッチングにより、パターン加工さ
れた図３（ａ）に示したマスク６の四辺の方向に均一に
テンションが加えられる機構１３とを備えている。

【００３９】図２に示すように基板ホルダ２は、水平方
向に伸縮するバネ１４と、基板７の端部を保持する爪１
０と、爪１０が横方向にスライド可能なガイド３１と、
図１に示す基板ホルダ脱着機構１２が保持する円盤状の
部分と基板ホルダ本体を接続する円筒部で構成された突
起部８とを備えており、爪１０は基板蒸着面下３００μ
ｍの部分で基板が落ちないように支える段差１０ｂを有
しており、爪１０の底面１０ａがマスクホルダ３に重な
るためにテーパー加工がされている。

【００４０】また、図３（ｂ）に示すようにマスクホル
ダ３は、ホルダ搬送機構４が保持するための鍵状の突起
部１５を持ち、基板ホルダ２が重なるときにガイドとな
るようにテーパー加工されたマスク押さえ１６と、一辺
につき３ケ所に設けたネジ１７とによりマスク６を締め
付けて保持し、溝１８にテンション機構１３のスライド
可能なフック２７を嵌合させる構造となっている。

【００４１】マスク６のパターン９の開口縁には、ハー
フエッチングによって２００μｍ基板７の蒸着面側に凸
になった環状の粒子回込み阻止部１１が設けられ、マス
ク６と基板蒸着面の間に１００μｍ隙間があいている。

【００４２】また、図１に示すように真空槽１内には排
気口１９と、蒸着材料Ｃ，Ｄを蒸着するためのモリブデ
ンで作られたポートの抵抗加熱蒸着源２０，２１と、蒸
着材の飛散を制御するための回転可能なシャッタ２２，
２３があり、別のパターンを持つマスクがセットされた
マスクホルダ３と同型状のマスクホルダ２４と、マスク
ホルダを蒸着位置から待避させておくためのマスクホル
ダ保持部２５が設けてある。

【００４３】また、図４（ａ），（ｂ）に示すようにテ
ンション機構１３は、ホルダ保持機構５上のガイド溝２
６に沿ってスライド可能なフック２７と、モータ２８に
よって駆動されるリム２９が、ワイヤ３０にて接続され
ている。

【００４４】次に、本発明の実施例の動作について、図
１〜図５を参照して詳細に説明する。

【００４５】図２に示した基板ホルダ２に、十分に洗浄
済みの基板７を、バネ１４を延ばして爪１０にて固定
し、基板ホルダ脱着機構１２にセットし、図３（ａ），
（ｂ）に示すように基板７に所望のパターンを形成する
ためのマスク６をマスク押さえ１６とネジ１７にてマス
クホルダ３に固定後、マスクホルダ３をホルダ保持機構
５上にセットする。同様に図１に示した別のパターンを
持つマスクをマスクホルダ２４に取り付け、これをマス
クホルダ保持部２５の棚にセットした後、真空槽１内を
排気する。

【００４６】次に、図１に示した基板ホルダ脱着機構１
２を下降し、マスクホルダ３に基板ホルダ２をセットし
た後、図４（ｂ）に示したテンション機構１３のモータ
２８を駆動して、リム２９を回転し、ワイヤ３０につな
がれたフック２７をマスク６の中心から外側の方向へ、
マスク６が水平状態になるまでテンションを加える。

【００４７】真空槽１内が蒸着可能な１×１０^-3Ｐａ以
下の圧力まで下がったら、蒸着膜を均一にするために基
板保持機構５を２０ｒｐｍで回転して、モリブデンポー
ト２０を加熱し、シャッタ２２を開いて基板７上に蒸着
材料Ｃを蒸着する。

【００４８】ここで、図５に示すように、本来パターン
が形成されるべき、パターン端はＦ＝５ｃｍの位置であ
るが、蒸着源を中心としてホルダ保持機構５が回転して
いるとき、パターン端はＧ＝５０ｃｍ＋１０μｍとな
る。また、Ｈは、凸状の粒子回込み阻止部１１がない場
合のパターン端寸法、Ｉは、蒸着源から基板蒸着面まで
の寸法を示す。所定の膜厚まで成膜されたら、シャッタ
２２を閉じてモリブデンポート２０の加熱を止め、かつ
ホルダ保持機構５の回転を止め、図４（ｂ）に示したモ
ータ２８を逆回転してマスク６のテンションを緩めた
後、基板ホルダ脱着機構１２を上昇させる。このとき、
基板７上にはマスク６で規定された蒸着材料Ｃの薄膜の
パターンが形成されている。

【００４９】次にホルダ搬送機構４を操作し、図３
（ｂ）に示したマスクホルダ３の鍵型の突起部１５を搬
送機構の腕にて保持し、マスクホルダ保持部２５の空い
ている棚にマスクホルダ３を退避し、別のパターンを持
つマスクがセットされたマスクホルダ２４をホルダ搬送
機構４により搬送してホルダ保持機構５にセットする。

【００５０】そして、同様に基板脱着機構１２を下降
し、マスクホルダ２４上に基板ホルダ２をセットした
後、図４（ｂ）に示したテンション機構１３のモータ２
８を駆動して、マスクに、ほぼ水平状態になるまでテン
ションを加える。

【００５１】次に、基板保持機構５を回転して、モリブ
デンポート２１を加熱し、シャッタ２３を開いて基板７
上に蒸着する。所定の膜厚まで成膜されたら、シャッタ
２３を閉じて発熱部の加熱を止め、かつホルダ保持機構
５の回転を止め、マスクのテンションを緩めた後、基板
ホルダ脱着機構１２を上昇させる。

【００５２】このようにすることにより、基板７上に異
なる材料の２層膜を異なるパターンを真空を破ることな
く、薄膜に傷が発生すること無しに形成することができ
た。

【００５３】（実施形態２）図６は、本発明の実施形態
２に係るテンション機構を示す図である。

【００５４】実施形態２において、マスクホルダは実施
形態１と同様の形状であるが、スライド可能な可動部３
２には、横方向にタップが形成してあり、ネジ３３はモ
ータ３４に接続されている。このような構造にすること
により、モータ３４を回転すると、ネジ３３を可動部３
２のタップ中に嵌合し、ネジ３３により可動部３２を移
動させ、テンションをマスクに加えるようにしたもので
ある。

【００５５】実施形態２の構成によれば、可動部３２の
位置がより精度良く位置決めすることができ、テンショ
ンの力を微調整することができるという利点がある。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板蒸着
面とパターン形成用マスクを密着させなくて済むという
ことである。これにより、傷の発生のない蒸着面を得る
ことができるようになる。その理由は、マスクにテンシ
ョンを対角方向でなく、４辺以上の方向に均一に加える
ことにより、マスクの弛み，歪みを抑え、基板蒸着面と
マスクの間に隙間を形成するからである。

【００５７】さらに、マスクの材料として強磁性体を用
いる必要がない。これにより、モリブデン等の強磁性体
でない材料のマスクも使用できるようになる。その理由
は、磁力により基板とマスクを密着させてマスクの弛み
を除去するのではなく、マスクにテンションを加えるこ
とにより、マスクの弛みを無くすからである。

【００５８】さらに、洗浄済みの基板への塵の付着を減
少できる。これにより、特性の良い蒸着面を得ることが
できるようになる。その理由は、従来のようなネジ止め
にて基板ホルダに取り付けるのではなく、バネ機構を使
用してワンタッチで取り付けることが可能だからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す構成図である。

【図２】本発明の実施形態に用いる基板ホルダを示す断
面図である。

【図３】（ａ）は、本発明の実施形態１に用いるマスク
ホルダを示す平面図、（ｂ）は、図３（ａ）をａ−ａ’
線断面図である。

【図４】（ａ）は、本発明の実施形態１に用いるテンシ
ョン機構を示す平面図、（ｂ）は、同平面図である。

【図５】本発明の実施形態に係るマスクのパターン部を
示す拡大図である。

【図６】本発明の実施形態２に用いるテンション機構を
示す構成図である。

【図７】従来例を示す構成図である。

【図８】従来例に用いられる基板ホルダを示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 基板ホルダ ３，２４ マスクホルダ ４ 搬送機構 ５ ホルダ保持機構 ６ マスク ７ 基板 ８，１５ 搬送時に保持する突起部 ９ パターン １０ 基板を保持する爪 １１ 粒子回込み阻止部 １２ 基板ホルダ脱着機構 １３ テンション機構 １４ バネ １６ マスク押さえ １７，３３ ネジ １８，２６ 溝 １９ 排気口 ２０，２１ 発熱部 ２２，２３ シャッタ ２５ マスクホルダ格納部 ２７，３２ 可動部（フック） ２８，３４ モータ ２９ リム ３０ ワイヤ ３１ スライドガイド Ａ 基板ホルダの基板蒸着面下の寸法 Ｂ マスクに設けた粒子回込み阻止部の寸法 Ｃ，Ｄ 蒸着材料

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも基板ホルダとマスクホルダを
   真空槽内に有する真空蒸着装置であって、 基板ホルダは、基板を保持するものであって、開閉可能
   な爪を有し、 開閉する爪は、基板の周縁を挟持し、該基板を基板ホル
   ダに脱着可能に装着するものであり、 マスクホルダは、マスクを保持するものであって、テン
   ション機構を有し、 基板ホルダとマスクホルダは、基板とマスクを対向さ
   せ、かつ両者間に隙間をもたせて組合されるものであ
   り、 テンション機構は、マスクにテンションを加え、マスク
   を基板ホルダの基板と平行な姿勢に矯正するものである
   ことを特徴とする真空蒸着装置。
2. 【請求項２】 マスクホルダ格納部とホルダ搬送機構と
   を真空槽内に有し、 マスクホルダ格納部は、複数のマスクホルダを格納する
   ものであり、複数のマスクホルダに保持されたマスク
   は、パターン形状がそれぞれ異なるものであり、 ホルダ搬送機構は、基板ホルダと組合せる新たなマスク
   ホルダをマスクホルダ格納部から選択して搬送するもの
   であることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装
   置。
3. 【請求項３】 前記マスクホルダに保持されるマスク
   は、パターン開口縁に、基板側に向けて立上らせた粒子
   回込み阻止部を有するものであることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の真空蒸着装置。
4. 【請求項４】 前記開閉する爪は、底面でマスクの周縁
   に支持され、底面より立上った高さ位置に段差部を有
   し、 段差部は、基板の周縁を支え、かつ基板をマスクから引
   き離すものであることを特徴とする請求項１に記載の真
   空蒸着装置。