(57)【要約】【課題】マスク成膜によるパターン形成時の熱負荷によるマスクの熱変形を抑制する。【解決手段】パターンを形成する基板２の第１面側に配設されたマスク１と、基板２の第２面側からマスク１の温度を制御する複数のペルチェ素子５および冷却板６とを備え、各ペルチェ素子５の冷却力をマスク１の複数の領域ごとにそれぞれ制御する。例えば、成膜手段３に対向するマスク中央部はマスク周辺部より高温となるため、マスク中央部に配設されたペルチェ素子５の冷却力を高めてマスク全面を均一に冷却し、成膜中のマスク１の熱変形によるパターンの位置ずれや形状不良を防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターンを形成するパターン形成装置において、前記基板の第１面側にマスクを保持するマスク保持手段と、前記マスクを介して前記基板の前記第１面に薄膜を形成するための成膜手段と、前記マスクを前記基板の第２面側から前記基板を介して温度制御するための温度制御手段と、を有し、前記温度制御手段が、前記マスクの複数の領域にそれぞれ対応して個別に温度制御自在である複数の制御部を備えたことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記マスクは前記基板に非接触で対向する対向面を有し、前記対向面の輻射率が０．３よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記温度制御手段の各制御部が、放熱および吸熱量を電流により制御するデバイスを有することを特徴とする請求項２記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記マスクは磁性材料で形成されており、前記基板の前記第２面側から前記基板と前記マスクを磁力によって密着させるための磁気密着手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のパターン形成装置。
【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パターンを形成するパターン形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定のマスクパターンをもつマスクを用いて、マスクパターンを転写するように基板の被成膜面に成膜処理する薄膜形成方法が知られている。例えば、有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）における薄膜形成においては、微細幅の複数のスリット開口からなる開口集合体の形状を基板の被成膜面に転写し、これにより微細幅のスリットに対応する微細幅の薄膜を複数個並行に形成する方法がある。
【０００３】
具体的には、特許文献１に開示されたように、磁性体からなるマスクを基板の一方の面に設置し、基板の他方の面に永久磁石または電磁石からなる磁化部材を配設して、この磁化部材によってマスクを吸いつけ、マスクを基板に密着させて成膜する。この方法には真空蒸着やスパッタリング等の成膜時の熱により、マスクが熱膨張するという問題がある。マスクが熱膨張し変形すると、マスクが基板から微小に浮きこの部分から成膜する粒子が回り込み、成膜されるパターンのエッジがボケたり、パターン位置精度が損なわれたりする。
【０００４】
この問題に対処するために、特許文献２に開示されたように、真空蒸着やスパッタリングによる成膜時にマスクを冷却する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平７−４５６６２号公報
【特許文献２】特開２００２−８８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２のマスク冷却方法では、冷却時にマスク内で温度分布が生じるという問題がある。例えば、真空蒸着による成膜において蒸着源がマスクの中央部の下に位置する場合、マスクの中央部は周辺部に比べて高温になる。特許文献２のマスク冷却方法は、マスクまたはマスクを基板に密着させる磁化部材に流路を形成し、流路に冷却液を循環させることでマスクを冷却する方法であるため、熱源となる蒸着源の位置に関係なく一律にマスクを冷却する。従って、蒸着源との距離によりマスク内に温度分布が生じる。マスク内に温度分布が生じると、マスクの高温部では熱膨張が大きくなり、低温部では熱膨張が小さくなる。その結果、マスクが変形し、パターン位置精度が悪化したり、パターンのエッジがボケたりする。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、成膜時のマスクの熱膨張によるパターン品質の劣化を抑制することができるパターン形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパターン形成装置は、基板上にパターンを形成するパターン形成装置において、前記基板の第１面側にマスクを保持するマスク保持手段と、前記マスクを介して前記基板の前記第１面に薄膜を形成するための成膜手段と、前記マスクを前記基板の第２面側から前記基板を介して温度制御するための温度制御手段と、を有し、前記温度制御手段が、前記マスクの複数の領域にそれぞれ対応して個別に温度制御自在である複数の制御部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
マスクの各領域ごとに冷却力を変えてマスクを冷却することで、成膜中のマスクの温度上昇をマスク内に温度分布を生じることなく抑制する。これによって、マスクの熱膨張や歪みに起因するパターンの位置ずれやパターンエッジのボケを防ぎ、安定した高品質なパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１に示すように、マスク１を介して基板２の第１面である被成膜面に成膜手段３からの成膜材料を被着させ、パターンを形成する。マスク１には、成膜する薄膜の形状によって種々の形状のパターン開口が形成されている。１個のパターン開口がマスク全体に広がる構成とすることもできるし、複数個のパターン開口を設けてもよい。マスク１の材料としては、通常蒸着時の加熱による膨張や収縮が少ない、熱膨張係数の低いモリブデンやコバールなどの金属や、グラファイト、ガラスなどが使用される。また、ＦｅとＮｉの合金、ＦｅとＣｏの合金などの強磁性材料も使用される。その中でも、基板２と熱膨張係数の近い材料を用いることが好ましい。
【００１１】
また、基板２の、マスク１に対向する第１面と反対側の第２面には、磁気密着手段である磁化部材４が設置されている。マスク１は磁性材料で形成されており、磁化部材４によりマスク１を吸いつけて、マスク１と基板２を密着させる。
【００１２】
磁化部材４の基板２と反対側の面には、温度制御手段の複数の制御部をそれぞれ構成する複数のペルチェ素子５と冷却板６が設置されている。ペルチェ素子５とは、ｐ型およびｎ型半導体を電気的に直列に接続し電流により表面の吸熱、放熱を制御する素子（デバイス）である。ペルチェ素子５の磁化部材４と接触している面から吸熱し、冷却板６に接触している面へ放熱することで基板２を冷却し、基板２を介して間接的にマスク１を冷却する。装置のローコスト化を行う場合は、磁化部材４を用いない装置構成が考えられる。磁化部材４を用いないとマスク１と基板２の間に非接触部が生じるが、マスク１と基板２が非接触の場合でも熱輻射による冷却効果があり、マスク１の、基板２と対向する面（対向面）の輻射率を大きくすることで、熱輻射による熱移動量が多くなり冷却効果が高くなる。この時のマスク表面の輻射率は０．３より大きいことが好ましい。ペルチェ素子５を複数枚並べることで、複数の領域ごとにそれぞれマスク１から冷却板６へ移動する熱量を制御することができ、各領域の冷却力を変えてマスク１を冷却することができる。
【００１３】
例えば、図１のように成膜手段３がマスク１の中央部の下に設置されている場合は、真空蒸着により成膜を行う工程で成膜手段は高温（約２００〜４００℃）となり、熱輻射によりマスク１の温度が上昇する。従来のマスク全体を均一な冷却力で冷却する構成では、高温の成膜手段から距離の近いマスク中央部の温度は周辺部に比べて高くなる。その結果、マスク内に高温部と低温部が生じ、高温部と低温部では熱膨張量が違うためマスクが変形してしまう問題があった。
【００１４】
これに対して、本実施の形態では、成膜中に各マスク領域ごとに冷却力を変えてマスク１を冷却することで、成膜手段３の熱輻射によるマスク１の熱膨張を抑制する。例えば成膜手段３がマスク１の中央部の下に設置されている場合、マスク１の中央部の冷却力を強くする一方で周辺部の冷却力を弱くすることで、マスク全体の温度を均一に保ちながら冷却することができる。成膜手段３が移動する場合は、移動する成膜手段３と対向するマスク１の領域の冷却力が順次強くなるように制御することで、マスク１全体の温度が均一に保たれるように冷却する。冷却板６は内部に冷却水を循環させるための冷却水通路が形成され、この冷却水通路に低温の液体を循環させる構成である。
【００１５】
本実施の形態では、温度制御手段としてペルチェ素子と冷却板を用いたが、他の温度制御手段を用いてもよい。例えば、ペルチャ素子と同様の機能を持つフリヂスター素子を用いてもよい。また、冷却板を移動させることで所定のマスク領域ごとに冷却力を変える方法もある。しかし、この場合は、冷却板と被冷却物が非接触となり冷却効率が悪化する問題がある。ペルチェ素子を用いれば、被冷却物との接触を保ったままマスク領域ごとに熱の移動量を制御することができるため、冷却効率において優れている。
【００１６】
冷却板は、低温の気体を循環させる通路を形成し、低温の気体を循環させることで熱交換を行う構成でもよいし、通路を形成せずに冷却板に直接冷却ガスを吹きつけるものでもよい。
【実施例１】
【００１７】
図１のパターン形成装置を用いて基板２上に所定のパターンを形成する。まず始めに、マスクアライメントを行う。この時、磁化部材４は基板２から離しておく。この状態でアライメント機構によって基板２の位置を調整し、マスク１のパターンと基板２に既に作製されているパターンとの位置合わせ（マスクアライメント）を行う。
【００１８】
マスクアライメント終了後に、磁化部材４を移動させ基板２の上に磁化部材４を設置すると、磁性材料からなるマスク１は基板２を介した磁化部材４の磁気作用によって上方に引きつけられ、基板２の第１面に張り付く。
【００１９】
この状態で真空蒸着法により成膜を行う。この時、磁化部材４の磁気作用によって、磁性材料からなるマスク１はその全体が基板２に密着されて基板２から浮き上がることがない。磁化部材４の基板２と反対側の面には、ペルチェ素子５と冷却板６が密着して設置されている。ペルチェ素子５を電流で制御することで、ペルチェ素子５の磁化部材４と接触している面から吸熱し、冷却板６に接触している面へ放熱することで間接的にマスク１を冷却する。各ペルチェ素子５の電流制御により、吸熱および放熱量を自在に制御することができる。
【００２０】
ペルチェ素子５を複数並べることで、所定のマスク領域ごとに冷却力を変えてマスク１を冷却する。マスク１全体を均一な冷却力で冷却する場合は、成膜手段３と対向するマスク領域、例えば蒸着源との距離が近い部分では温度が高くなり、マスク１内で高温部と低温部が生じるため、熱膨張量の違いによってマスク１が変形してしまう問題があった。
【００２１】
本実施例の装置では、成膜中に高温となるマスク領域の冷却力を強くして、マスク１を冷却することにより、マスク全体の温度を均一に保ちながら冷却することができる。このため、マスク１内で温度分布が生じることがなく、熱膨張量の違いによるマスク１の変形を防止することができる。このようにして、パターンの位置ずれやエッジボケ等のない高品質なパターンを安定して基板２上に転写することができる。
【００２２】
（比較例１）
マスク全体を均一な冷却力で冷却しながら、基板上に真空蒸着法により所定のパターンを形成した。具体的には、マスクの周囲に密着しているマスク取り付け部材に流路を形成し、この流路に冷却水を循環させることでマスクを冷却した。成膜中にマスク全体の平均温度の上昇を抑える効果はあるが、高温（約３００℃）である蒸着源に対向するマスクの中央領域の温度が上昇し、マスク内で温度分布が生じた。マスク内で熱膨張量が異なる領域が生じるため、マスクが変形してしまい、このマスク変形により、パターン位置精度が劣化し、また、パターンのエッジボケが生じた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１によるパターン形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    マスク
２    基板
３    成膜手段
４    磁化部材
５    ペルチェ素子
６    冷却板
【図１】
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