(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜化された基板を用いる場合でも、マスクのパターンが正確に基板上に形成できる、マスクユニット、およびマスクユニットを有する蒸着装置を提供する。【解決手段】側面、開口部を有する上面、および底面を有し、上面に基板４を載置する基板置き台８と、基板置き台の中に配置され、上面に載置された基板４を開口部を介して支える基板押さえ板７と、第１マスク層１と第２マスク層２の積層構造を有し、開口パターン１０が設けられた蒸着マスク３であって、基板に接する第２マスク層の材料の熱膨張係数が、第１マスク層の材料の熱膨張係数より大きい蒸着マスクと、基板置き台の上面に、基板と蒸着マスクを載置した状態で固定する固定具９とを含み、蒸着マスクの開口パターンを通して、基板上にパターンを形成するためのマスクユニット１００であって、蒸着マスクは蒸着中に加熱されて変形し、基板と密着する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面、開口部を有する上面、および底面を有し、上面に基板を載置する基板置き台と、
該基板置き台の中に配置され、上面に載置された該基板を該開口部を介して支える基板押さえ板と、
第１マスク層と第２マスク層の積層構造を有し、開口パターンが設けられた蒸着マスクであって、基板に接する第２マスク層の材料の熱膨張係数が、第１マスク層の材料の熱膨張係数より大きい蒸着マスクと、
該基板置き台の上面に、該基板と該蒸着マスクを載置した状態で固定する固定具とを含み、
該蒸着マスクの該開口パターンを通して、該基板上にパターンを形成するためのマスクユニットであって、
該蒸着マスクは蒸着中に加熱されて変形し、該基板と密着することを特徴とするマスクユニット。
【請求項２】
上記基板押さえ板は、蒸着前の状態で上記基板置き台の側面に沿って可動であり、中央部が上記基板側に向かって凸形状の板状体からなることを特徴とする請求項１に記載のマスクユニット。
【請求項３】
上記基板押さえ板は、第１押さえ板と第２押さえ板の積層構造を有し、上記基板に接する第２押さえ板の材料の熱膨張係数が、第１押さえ板の材料の熱膨張係数より小さく、
該基板押さえ板は蒸着中に加熱されて変形し、上記基板置き台の側面に固定されることを特徴とする請求項２に記載のマスクユニット。
【請求項４】
上記蒸着マスクが下方になるように配置した場合に、上記基板押さえ板は自重により、上記基板を押し下ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマスクユニット。
【請求項５】
上記第１マスク層と上記第２マスク層は、ともに樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載のマスクユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のマスクユニットと、該マスクユニットの下方に配置されたパターン材料を有する蒸着源とを含む蒸着装置であって、
該マスクユニットを、蒸着マスクが下方になるように配置し、該パターン材料を加熱して基板にパターンを形成することを特徴とする蒸着装置。
【請求項７】
更に、上記マスクユニットを加熱するための加熱機構を含むことを特徴とする請求項６に記載の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクを用いて基板上に所定の蒸着パターンを形成するマスクユニット、およびマスクユニットを有する蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に所定の蒸着パターンを形成する場合、例えばステンレス鋼からなるメタルマスクを用いて、金属等を真空蒸着する方法がある。真空蒸着法では、蒸着時には基板の温度が例えば２００℃に達するため、メタルマスクと基板との熱膨張係数の違いによりメタルマスクと基板の間に隙間が発生したり隙間量が変化して正確なパターン形成ができず、歩留りが低下するという問題があった。
【０００３】
これに対して、従来は、メタルマスクの基板側に熱膨張率の小さい樹脂をコーティングし、反対側に熱膨張率の大きい樹脂をコーティングすることにより、メタルマスクの反りを抑制する方法が用いられていた（特許文献１）。また、基板の熱膨張係数と、熱膨張係数の等しい材料でマスクを形成する方法（特許文献２）や、基板の熱膨張係数と、熱膨張係数が等しくなるように単層、多層の金属膜でマスクを形成する方法（特許文献３）が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５５６１号公報
【特許文献２】特開平２−７７５７１号公報
【特許文献３】特開２００５−１５４８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、真空蒸着では、蒸着源からの輻射熱により、基板やメタルマスクの温度が上昇するため、基板やメタルマスクの温度が蒸着中に変化し、基板とメタルマスクとの間隔が経時的に変化して、基板上に正確な蒸着パターンが形成できないという問題があった。また、デバイスの高機能化、軽量化、小型化という観点から基板が薄厚化されるため、基板上に形成された金属パターンの応力や基板の自重などにより、基板が反ることにより基板とメタルマスクとの間隔が変わるという問題もあった。
特許文献１のようなメタルマスクの膨張を抑える方法や、特許文献２、３のような、基板とメタルマスクの熱膨張係数を等しくする方法では、基板やマスクの温度変化や、基板の自重に起因する基板とメタルマスクとの間隔の変化を防止することはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、薄膜化された基板を用いる場合でも、マスクのパターンが正確に基板上に形成できる、マスクユニット、およびマスクユニットを有する蒸着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、側面、開口部を有する上面、および底面を有し、上面に基板を載置する基板置き台と、基板置き台の中に配置され、上面に載置された基板を開口部を介して支える基板押さえ板と、第１マスク層と第２マスク層の積層構造を有し、開口パターンが設けられた蒸着マスクであって、基板に接する第２マスク層の材料の熱膨張係数が、第１マスク層の材料の熱膨張係数より大きい蒸着マスクと、基板置き台の上面に、基板と蒸着マスクを載置した状態で固定する固定具とを含み、蒸着マスクの開口パターンを通して、基板上にパターンを形成するためのマスクユニットであって、蒸着マスクは蒸着中に加熱されて変形し、基板と密着することを特徴とするマスクユニットである。
【０００８】
また、本発明は、上述のマスクユニットと、マスクユニットの下方に配置されたパターン材料を有する蒸着源とを含む蒸着装置であって、マスクユニットを、蒸着マスクが下方になるように配置し、パターン材料を加熱して基板にパターンを形成することを特徴とする蒸着装置でもある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるマスクユニットやマスクユニットを含む蒸着装置を用いることにより、蒸着マスクと基板とを常に密着させた状態で蒸着が可能となり、良好な蒸着パターンの形成が可能となる。また、マスク合わせによる基板のパターン形成領域の損傷も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるマスクユニットの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるマスクユニットの上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる蒸着装置の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかるマスクユニットの、蒸着時の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかるマスクユニットの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかるマスクユニットの、蒸着時の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる蒸着装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「左」、「右」およびこれらの用語を含む名称を適宜使用するが、これらの方向は図面を参照した発明の理解を容易にするために用いるものであり、実施形態を上下反転、あるいは任意の方向に回転した形態も、当然に本願発明の技術的範囲に含まれる。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるマスクユニットの断面図であり、基板４を装着した状態を示す。また、図２は、図１のマスクユニット１００を上方から見た場合の平面図である。
【００１３】
マスクユニット１００は、第１金属層１と第２金属層２とが張り合わされた積層構造のメタルマスク３を含む。第１金属層１は、例えばインバー材（鉄ニッケル合金）、４２アロイからなり、第２金属層２は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルからなる。第２金属層２の材料は、第１金属層１の材料より、熱膨張係数が大きくなるように選択される。メタルマスク３には、開口パターン１０が設けられている。
【００１４】
図１に示すように、メタルマスク３は、常温（室温）では、第１金属層１側に凸状に沿った板状体であり、膜厚は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。これより薄すぎると取り扱いに不便であり、また厚すぎると蒸着時にシャドー効果により金属パターンの外周部の膜厚が中心部と比べて薄くなるためである。
【００１５】
マスクユニット１００は、基板置き台８と、その周囲（図２では４箇所）に設けられたクリップ９を含む。クリップ９に代えて他の固定具を用いても良い。基板置き台８は、例えば上面に開口部が設けられた円柱からなる。基板置き台８の中には、例えば中央が凸状の基板押さえ板７が設けられている。基板押さえ板７を基板置き台８中に配置した場合、この凸状になった基板押さえ板７の最も高い位置は、基板置き台８の基板４を置く面（上面）と同じ高さになる。また、基板押さえ板７の周辺部と、基板置き台８の内壁とは、室温において、基板押さえ板７が上下に動く程度に接触している。基板置き台８の上面と、基板押さえ板７との間には、隙間１５が設けられており、基板４が無い状態では、基板押さえ板７は上下に移動できる。基板置き台８は、例えば、セラミックのような熱膨張係数の小さい材料から形成され、厚さが数ｍｍ程度、重さが数十〜数百ｇ程度であることが望ましい。
【００１６】
マスクユニット１００に基板４をセットする場合、基板押さえ板７を基板置き台８上に設置した状態で、基板置き台８の上に基板４が載せられる。基板４には、例えば、直径が５〜８インチ、厚さは２００μｍ以下のシリコン基板が用いられる。このとき、基板置き台８のみであれば、基板４は反りやたわみの影響で１ｍｍ程度中心部が下にたわむ。しかし、マスクユニット１００では、開口部を介して基板押さえ板７で基板４の中央部を下から支えるため、基板４がたわむことはない。
【００１７】
更に、基板４の上に第２金属層２が基板側となるように、メタルマスク３が載置される。上述のように、メタルマスク３は凸状に反っているため、基板４とメタルマスク３とは、周辺部のみで接触し、中央部で接触しない。メタルマスク３と基板４の中心部における隙間の間隔は０．５ｍｍ程度である。
【００１８】
この状態で、基板４とメタルマスク３との位置合わせが行われる。基板４とメタルマスク３とが接触するのは周辺部のみであるため、位置合わせ工程で、パターンを形成する基板３の中央部に傷がつくことはない。
【００１９】
この状態で、基板４とメタルマスク３とは、クリップ９により基板置き台８の上に固定される。クリップ９は基板４の外周から数ｍｍ程度内側までの範囲で基板４とメタルマスク３を押さえる。通常、基板４の外周から数ｍｍ程度にはパターンが形成されないため、基板４のパターンに傷はつかない。また、蒸着時に、基板４やメタルマスク３の温度が上がって膨張した場合でも基板４やメタルマスク３とクリップ９が接触しないように、基板４やメタルマスク３の外周は、クリップ９から数ｍｍの隙間が設けられている。
【００２０】
このように、基板４をクリップ９で固定した状態では、基板４の裏面の中央部が、基板押さえ板７と接するようになる。一方、基板４の上面は、周辺部のみがメタルマスク３と接するようになる。
【００２１】
図４は、マスクユニット１００を所定の蒸着位置に配置した蒸着装置１５０の概略図である。チャンバー１６の中には、メタルマスク３が下方になるようにマスクユニット１００が取り付けられ、その下方に、電子ビームで溶解する金属塊が入った蒸着源１１が配置されている。チャンバー１６の内部は、真空状態に保持される。
【００２２】
メタルマスク３と基板４を固定したマスクユニット１００を、メタルマスク３が下方になるように配置すると、図３に示すように、基板押さえ板７が重力で下方に下がり、基板４をメタルマスク３側に押し付ける。これは隙間１５が、基板４とメタルマスク３の隙間より十分に大きくなるように構成されるとともに、基板押さえ板７の重さが数十〜数百ｇ程度であるためである。この結果、メタルマスク３と基板４が密着するようになる。メタルマスク３と基板４は接触するが、マスク合わせ時のように基板４とメタルマスク３が接触した状態で水平に大きく擦れることがないため、傷は発生しない。
【００２３】
なお、基板押さえ板７で押されて基板４が変形する場合、メタルマスク３と基板４が擦れることが考えられるが、基板４の外周から数ｍｍ程度にはパターンが形成されていないため、パターンには傷は付かない。
【００２４】
このように基板押さえ板７が基板４を押さえつけることで、基板４とメタルマスク３の間の隙間がなくなった密着状態で固定され、この状態で蒸着が行われる。基板４の下方に設置された蒸着源１１から気化した蒸着金属材料は、メタルマスク３の開口パターン１０を通って基板４に蒸着される。蒸着源１１の加熱には、電子ビーム加熱や抵抗加熱等の通常の加熱方法が用いられる。
【００２５】
蒸着中、蒸着源１１からの輻射熱によりメタルマスク３、基板４および基板押さえ板７は熱膨張を起こす。ここで、メタルマスク３は、第２金属層２の熱膨張係数が、第１金属層１の熱膨張係数より大きいため、メタルマスク３の温度が上昇すると、メタルマスク３の中央部が基板３を押す方向（基板３を平坦にする方向）にメタルマスク３が変形する。一方、基板４の裏面は、基板押さえ板７の自重により押されている。この結果、図４に示すように、メタルマスク３と基板押さえ板７で基板４を挟み、メタルマスク３が経時的に変形した場合でも、メタルマスク３と基板４の間には常に隙間が発生しないようにできる。このため、パターン異常を起こすことなく、基板４上に金属の単層や多層パターンを形成することができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態１にかかるマスクユニット１００を用いて、蒸着により基板にパターンを形成することにより、蒸着中にメタルマスク３や基板４の温度が上昇しても、メタルマスク３と基板４との密着を維持しながら蒸着することができる。この結果、パターンの外側に薄い蒸着膜が広がったりパターンが所定の大きさより大きくなったりするなどのパターン異常を発生させることなく、基板４の上に金属パターンの形成が可能となる。
【００２７】
また、マスク合わせ時には、メタルマスク３と基板４とは、パターンを形成しない周辺部のみで接触しているため、基板４上でメタルマスク３を移動させても、パターン形成領域を傷つけることは無く、良好なパターン形成が可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
図５は、全体が２００で表される、本実施の形態２にかかるマスクユニットの断面図である。図５中、図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００２９】
マスクユニット２００では、基板押さえ板７を、基板４に接触する第１押さえ板５と、その裏面に接合された第２押さえ板６の２層構造としている。第２押さえ板６の熱膨張係数は、第１押さえ板５の熱膨張係数より大きくなっている。第１押さえ板は、例えばインバー材や４２アロイからなり、第２押さえ板６は、例えばステンレス鋼やＮｉからなる。他の構造は、マスクユニット１００と同様である。
【００３０】
マスクユニット２００では、蒸着時の輻射熱により基板押さえ板７が暖められると、基板押さえ板７はメタルマスク３と同様に少し外径を広げて、平坦化する方向に変形する。この際、基板置き台８と基板押さえ板７の外周とは、移動可能な状態で接しているため、板押さえ板７が平坦化する方向に変形すると、基板押さえ板７の周囲は基板置き台８の側壁に押し付けられて固定される。このとき、メタルマスク３の湾曲係数は、基板押さえ板７の湾曲係数より大きくなっている。
【００３１】
このように、マスクユニット２００では、蒸着時にメタルマスク３と基板４が平坦化しようとしたとき、図６に示すように、基板押さえ板７は変形して基板置き台８に固定されているため、メタルマスク３を基板４に強く押し付けることができ、メタルマスク３と基板４の密着性を向上させることができる。この結果、パターン異常を発生させることなく、基板４の上に金属パターンの形成が可能となる。
【００３２】
なお、マスクユニット２００は、実施の形態１の蒸着装置１５０に、マスクユニット１００と同様に配置して、金属パターンの蒸着を行うことができる。
【００３３】
実施の形態３．
図７は、全体が２５０で表される、本実施の形態３にかかる蒸着装置である。図７中、図３と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００３４】
本実施の形態３にかかる蒸着装置２５０では、マスクユニット１００を加熱する加熱機構１２が設けられている。加熱機構１２は、例えばランプからなる。他の構造は、蒸着装置１５０と同様である。
【００３５】
蒸着装置２５０では、チャンバー１６にマスクユニット１００を設置した後、蒸着前に、加熱機構１２を用いてメタルマスク３、基板４、および基板押さえ板７を加熱する。加熱は、蒸着時の最高温度（例えば２００℃）に近い温度まで加熱することが好ましい。
【００３６】
このように、本実施の形態３にかかる蒸着装置２５０では、蒸着中のマスクユニット１００の温度を略一定にすることができ、蒸着中のメタルマスク３、基板４、基板押さえ板７の膨張や、膜応力による影響もなくすことができる。このため、パターン異常の発生を防止して、基板４の上に、良好なパターンを形成することができる。
【００３７】
蒸着装置２５０には、実施の形態２にかかるマスクユニット２００を用いても構わない。
【００３８】
また、マスクユニット１００、２００では、例えばインバー材からなる第１金属層１と、例えばステンレス鋼からなる第２金属層２とを接合してメタルマスク３としたが、第１金属層１の代わりに、フッ素系樹脂のような熱膨張係数の小さな樹脂層を用い、第２金属層２の代わりに、カーボン系樹脂のような熱膨張係数の大きな樹脂層を用いた、樹脂マスクとすることも可能である。
【００３９】
このように、蒸着マスクに樹脂マスクを用いることにより、基板４とマスクが接触スル部分での、基板４の傷を更に少なくすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  第１金属層、２  第２金属層、３  メタルマスク、４  基板、５  第１押さえ板、６  第２押さえ板、７  基板押さえ板、８  基板置き台、９  クリップ、１０  開口パターン、１１  蒸着源、１２  加熱機構、１５  隙間、１６  チャンバー、１００、２００  マスクユニット、１５０、２５０  蒸着装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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