(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、基板を保持する基板ホルダーと、
前記基板ホルダーに対し、所定距離に配置された第１の成膜源と、
前記基板ホルダーに対し、前記第１の成膜源よりも遠い位置に配置された第２の成膜源とを有し、
前記基板ホルダーに保持された前記基板の表面と前記第１の成膜源とを結ぶ線分と、前記基板の表面の法線とが成す角度を前記基板ホルダーの傾き角度としたとき、
前記基板ホルダーを傾けて前記傾き角度を変更する揺動装置が設けられたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記揺動装置は、前記基板の表面に前記第１の成膜源によって第１の薄膜を形成する際の前記傾き角度を、前記基板の表面に前記第２の成膜源によって第２の薄膜を形成する際の前記傾き角度よりも大きくするように構成されたことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１の成膜源は、前記第２の成膜源から前記基板ホルダーに向けて飛行する成膜物質を遮らない位置に配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第２の成膜源は、前記真空槽内の下方に配置され、
前記基板ホルダーは、前記第２の成膜源の上方に配置され、少なくとも前記第２の成膜源に対して水平な状態と、前記第１の成膜源に対して傾いた状態との両方をとることができるように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１、第２の成膜源内には第１、第２の金属材料がそれぞれ配置され、前記第１、第２の金属材料を加熱し、前記真空槽内に前記第１、第２の金属材料からなる蒸気を放出できるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項６】
前記基板の表面の法線と平行な方向の中心軸線を回転中心にして前記基板ホルダーを回転させる回転装置が設けられた請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項７】
真空槽と、
前記真空槽内に配置された第１、第２の成膜源と基板ホルダーを有する成膜装置を用い、
表面に微細孔を有する基板を前記基板ホルダーに保持させ、前記基板ホルダーを、中心軸線回りに回転させながら前記第１、第２の成膜源によって前記基板の前記表面に第１、第２の薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記基板ホルダーに対し、前記第１の成膜源よりも前記第２の成膜源を遠い位置に配置しておき、
前記基板ホルダーに保持された前記基板の表面と前記第１の成膜源とを結ぶ線分と、前記基板の表面の法線とが成す角度を前記基板ホルダーの傾き角度としたとき、
前記第１の薄膜の形成時には、前記基板ホルダーを傾け、前記第２の薄膜形成時よりも前記傾き角度を大きくすることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項８】
前記傾き角度を調整して前記微細孔の底面には前記第１の薄膜の原料を到達させず、前記第２の薄膜の原料を到達させて前記微細孔の底面に前記第２の薄膜を成長させる請求項７記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成膜装置の技術分野にかかり、特に、ＦＥＤ(Field Emission Display)の製造に用いられる真空蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４の符号１０１に、従来の真空蒸着装置の一例を示す。この真空蒸着装置１０１は、真空槽１０２と、蒸発源１０３と、基板ホルダー１０４とを有している。
蒸発源１０３は真空槽１０２の内部底面に配置されており、蒸発源１０３の上方には基板ホルダー１０４が配置されている。
【０００３】
予め基板ホルダー１０４に基板１１０を保持させて、基板１１０の表面を蒸発源１０３に対向させ、不図示の真空排気系で真空槽１０２内を真空排気した状態で、蒸発源１０３から蒸着材料を蒸発させる。
蒸発した蒸着材料は基板１１０の表面に到達し、蒸着材料からなる薄膜が基板１１０の表面に成膜される。
【０００４】
最近、表示装置として注目されているＦＥＤに用いられる電極基板を製造する際には、基板上に高アスペクト比の微小孔を形成する。この微小孔の底部にコーン形状のＭｏエミッタを蒸着法で形成する工程と、ゲート上に被着したＭｏを剥離するための剥離層もゲート上だけに形成するために底部に成膜しない工程とが必要になる。
【０００５】
微小孔の底部にエミッタを形成するには、基板表面に対してほぼ垂直に蒸着材料を入射させる必要があり、他方、微小孔の底部に成膜せずに、ゲート上だけに成膜するには、基板表面に対して斜め方向から蒸着材料を入射させる必要がある。
【０００６】
基板上に斜め方向と垂直方向の両方から蒸着材料を入射させることができる真空処理装置として、図５に示すような蒸着装置１１１が提案されている。
この蒸着装置１１１は、真空槽１１２と、蒸発源１１３と、基板ホルダー１１４とを有している。
蒸発源１１３は真空槽１１２の内部底面に配置されており、蒸発源１１３の上方には基板ホルダー１１４が対向して配置されている。
【０００７】
基板ホルダー１１４は、真空槽１１２の側壁から水平に突出した軸(図示せず)に取付られ、その軸を中心にして揺動できるように構成されており、水平な状態と、蒸発源１１３に対して傾いた状態とのいずれか一方をとることができる。
【０００８】
基板ホルダー１１４が傾いた状態を図５(ａ)に、水平な状態を図５(ｂ)に示す。図５(ａ)の基板ホルダー１１４が傾いた状態では、蒸着材料の基板１１０に対する入射角δ1が大きいため斜め方向に蒸着材料を入射させることができ、他方、図５(ｂ)の基板ホルダー１１４が水平な状態では、蒸着材料の基板１１０に対する入射角δ2が小さいため、ほぼ垂直方向に蒸着材料を入射させることができる。
【０００９】
近年微細化が進み、上述した微小孔も小さくなっている。このため、蒸着材料を微小孔の底面に確実に到達させるようにするには、蒸着材料を垂直方向に入射させる際の入射角δ2をできるだけ小さくする必要があり、基板１１０上で少なくとも入射角δ2が０°以上１０°以下の範囲に収まるようにしなければならない。
【００１０】
従来では基板１１０と蒸発源１１４との間の距離１５０を大きくとることで、入射角δ2を小さくしていたが、ＦＥＤに用いられる基板は大きいので、基板端部においても入射角δ2を小さくしようとすると、蒸発源１１４と基板１１０との距離１５０は非常に大きくなる。
【００１１】
一般に、蒸発源と基板との間の距離が大きくなると、成膜速度は小さくなる。この場合に蒸着材料を斜め方向から入射させると、垂直方向から入射させた場合に比して成膜速度がさらに小さくなる。従って、成膜に要する時間が長くなってしまい、蒸着装置の生産性が低下してしまうという問題が生じていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、垂直入射蒸着と斜め入射蒸着の両方をすることができ、かつ基板表面への成膜速度を大きくすることができる技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に設けられ、基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーに対し、所定距離に配置された第１の成膜源と、前記基板ホルダーに対し、前記第１の成膜源よりも遠い位置に配置された第２の成膜源とを有し、前記基板ホルダーに保持された前記基板の表面と前記第１の成膜源とを結ぶ線分と、前記基板の表面の法線とが成す角度を前記基板ホルダーの傾き角度としたとき、前記基板ホルダーを傾けて前記傾き角度を変更する揺動装置が設けられたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜装置であって、前記揺動装置は、前記基板の表面に前記第１の成膜源によって第１の薄膜を形成する際の前記傾き角度を、前記基板の表面に前記第２の成膜源によって第２の薄膜を形成する際の前記傾き角度よりも大きくするように構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記第１の成膜源は、前記第２の成膜源から前記基板ホルダーに向けて飛行する成膜物質を遮らない位置に配置されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記第２の成膜源は、前記真空槽内の下方に配置され、前記基板ホルダーは、前記第２の成膜源の上方に配置され、少なくとも前記第２の成膜源に対して水平な状態と、前記第１の成膜源に対して傾いた状態との両方をとることができるように構成されている。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記第１、第２の成膜源内には第１、第２の金属材料がそれぞれ配置され、前記第１、第２の金属材料を加熱し、前記真空槽内に前記第１、第２の金属材料からなる蒸気を放出できるように構成されたことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の成膜装置であって、前記基板の表面の法線と平行な方向の中心軸線を回転中心にして前記基板ホルダーを回転させる回転装置が設けられている。
請求項７記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された第１、第２の成膜源と基板ホルダーを有する成膜装置を用い、表面に微細孔を有する基板を前記基板ホルダーに保持させ、前記基板ホルダーを、中心軸線回りに回転させながら前記第１、第２の成膜源によって前記基板の前記表面に第１、第２の薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基板ホルダーに対し、前記第１の成膜源よりも前記第２の成膜源を遠い位置に配置しておき、前記基板ホルダーに保持された前記基板の表面と前記第１の成膜源とを結ぶ線分と、前記基板の表面の法線とが成す角度を前記基板ホルダーの傾き角度としたとき、前記第１の薄膜の形成時には、前記基板ホルダーを傾け、前記第２の薄膜形成時よりも前記傾き角度を大きくすることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の薄膜形成方法であて、前記傾き角度を調整して前記微細孔の底面には前記第１の薄膜の原料を到達させず、前記第２の薄膜の原料を到達させて前記微細孔の底面に前記第２の薄膜を成長させる。
【００１４】
本発明の成膜装置によれば、第１、第２の成膜源が、加熱されることで第１、第２の金属材料の蒸気を真空槽内に放出する蒸発源である場合には、基板ホルダーを傾けた状態にして、第１の成膜源から第１の金属材料の蒸気を放出することにより、基板表面に斜め方向から第１の金属材料を入射させることができる。
【００１５】
他方、基板ホルダーを水平な状態にして、第２の成膜源から第２の金属材料の蒸気を放出することにより、基板表面に対する蒸着材料の入射角ができるだけ小さくするようにして、ほぼ垂直に蒸着材料を入射させることができる。
【００１６】
一般に、蒸発源と基板との間の距離が小さくなると、成膜速度は大きくなる。第１の成膜源は、第２の成膜源より基板ホルダーに近い位置に配置されているので、第１、第２の成膜源のそれぞれから、基板表面に垂直方向に第１、第２の金属材料を入射させると、第１の成膜源による成膜速度は、第２の成膜源による成膜速度よりも大きくなる。
【００１７】
このように、垂直方向で入射させる場合では、第１の成膜源の成膜速度は、第２の成膜源の成膜速度よりも大きい。斜め方向に入射する際の成膜速度は垂直方向に入射する際の成膜速度より小さくなるものの、第２の成膜源を用いて垂直方向から蒸着材料を入射させた場合の成膜速度に比して、大きくなることはあっても小さくなることはない。
【００１８】
従って、斜め方向に蒸着材料を入射させる場合の成膜速度が、垂直方向に入射させる場合の成膜速度よりも小さくなっていた従来と異なり、成膜に要する時間を短縮でき、蒸着装置の生産性を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１に、本発明の実施形態の真空蒸着装置を示す。真空蒸着装置１は真空槽２と、第１、第２の蒸発源３1、３2と、基板ホルダー４とを有している。
【００２０】
第２の蒸発源３2は真空槽２の内部底面に配置され、第２の蒸発源３2の上方には板状の基板ホルダー４が配置されている。
基板ホルダー４は、真空槽２の側壁から水平に突出し、所定角度回転可能な軸(図示せず)に取り付られており、軸が所定角度回転することで、水平な状態と、第２の蒸発源３2に対して傾いた状態とのいずれか一方をとることができるようにされている。また、基板ホルダー４は、その法線方向の中心軸線６０を中心にして、回転できるようにされている。
【００２１】
基板ホルダー４の斜め下方には、第１の蒸着源３1が配置されている。第１の蒸着源３1と基板ホルダー４との距離５1は、第２の蒸着源３2と基板ホルダー４との距離５2に比して小さくなるようにされており、第１の蒸着源３1は第２の蒸発源３2より基板ホルダー４に近い位置に配置されている。ここでは、第１の蒸着源３1と基板ホルダー４との距離５1は、第２の蒸着源３2と基板ホルダー４との距離５2の半分以下にされているものとする。
【００２２】
第１、第２の蒸着源３1、３2には、それぞれ第１、第２の金属材料(Ａｌ、Ｍｏ)が配置されており、図示しない電子銃から電子ビームを各第１、第２の金属材料へ照射すると、第１、第２の金属材料が加熱されて蒸発し、その蒸気が真空槽２内に放出させることができるようにされている。
【００２３】
上述の真空蒸着装置１を用いて、ＦＥＤに用いられる電極基板を製造するには、図３(ａ)に示すように、予めガラスからなる基板１０の表面に、Ｎｂを蒸着で成膜後、フォトリソの手段で図示しないカソード導体にパターン化し、その表面にアモルファスシリコン層２２と、SiO2層と、図示しないＮｂ層とを順次積層した後に、フォトリソの手段でSiO2層とＮｂ層に複数の微小孔３０を形成し、ゲート電極２３を形成する。微小孔３０の底面には、アモルファスシリコン層２２が露出した状態になっている。
【００２４】
真空蒸着装置１では、まず、予め不図示の真空排気系で真空槽２内を真空状態にし、基板ホルダー４を水平な状態にしておく。この状態で、上述の基板１０を真空状態を維持しながら真空槽２内に運び入れ、図２(ａ)に示すように基板ホルダー４に保持させる。
【００２５】
その後、軸を所定角度回転させ、基板１０を第１の蒸発源３1と第２の蒸発源３2に対して所定角度傾ける。次いで、基板ホルダー４の法線方向の中心軸線６０を中心にして、基板１０を回転させながら、基板ホルダー４に近い第１の蒸発源３1に電子ビームを照射し、第１の金属材料を蒸発させると、第１の金属材料の蒸気は、図２(ｂ)に示すように基板表面に対して入射角δ1で入射する。この入射角δ1は大きく、第１の金属材料は基板表面に対して斜め方向から入射されることになる。ここでは入射角δ1が７５°程度であるものとする。このため第１の金属材料は、ゲート電極２３の表面には到達するが、微小孔３０の底部には到達できないので、ゲート電極２３の表面にのみ第１の金属材料が蒸着され、第１の金属膜２４が成膜される。
ゲート電極２３の表面に第１の金属膜２４が所定膜厚に形成されたら、電子ビームの照射を終了させる。
【００２６】
次いで、軸を所定角度回転させ、基板１０を水平状態にさせる。
この状態で、基板ホルダー４から遠い第２の蒸発源３2に電子ビームを照射すると、第２の蒸発源３2から第２の金属材料が蒸発する。蒸発した第２の金属材料は、図２(ｃ)に示すように基板表面に対し入射角δ2で入射される。
【００２７】
この入射角δ2は小さく、第２の金属材料は、ほぼ垂直に基板１０の表面に入射される。ここでは入射角δ2は１０°程度であるものとする。第２の金属材料は基板表面にほぼ垂直に入射されるので、第１の金属膜２４の表面に到達するだけでなく、微小孔３０内に入り、微小孔３０の底面から露出するアモルファスシリコン層２２にも到達し、図３(ｃ)に示すようにアモルファスシリコン層２２の表面には第２の金属材料からなるコーン状のエミッタ(以下でエミッタコーンと称する。)２５1が形成されるとともに、第１の金属膜２４の上には第２の金属膜２５2が形成される。
【００２８】
エミッタコーン２５1及び第２の金属膜２５2が所定膜厚に成膜されたら、電子ビームの照射を終了させ、真空雰囲気を維持したまま、基板１０を取り出す。そして、真空槽２から他の装置へ運ぶ。他の装置でエッチング処理がなされると、前記第１の金属膜２４が溶けて、ＦＥＤに用いられるカソード電極基板が完成する。
【００２９】
一般に、基板表面に斜め方向から蒸着材料が入射されるときの成膜速度は、垂直方向から蒸着材料が入射される場合の成膜速度に比して小さくなる。他方、蒸発源と基板との間の距離が小さくなると、成膜速度は大きくなることも知られている。このとき成膜速度は基板と蒸発源との間の距離の逆数の二乗に比例して大きくなる。
【００３０】
上述したように、第１の成膜源３1は、蒸着材料を基板表面に斜め方向に入射させており、このときの成膜速度は、蒸着材料を基板表面に垂直方向に入射させる場合に比して小さくなる。
【００３１】
しかし、基板１０と第１の蒸発源３1との間の距離５1は、第２の蒸着源３2と基板ホルダー４との距離５2よりも小さいので、第１の成膜源３1による成膜速度は、その分第２の成膜源３2による成膜速度よりも大きくなる。ここでは、基板１０と第１の蒸発源３1との間の距離５1は、第２の蒸着源３2と基板ホルダー４との距離５2の半分以下になっているので、第１の成膜源３1による成膜速度は、第２の成膜源３2による成膜速度の４倍以上になる。従って、第１の成膜源３1を用いて蒸着材料を基板表面に斜め方向に入射させる際の成膜速度は、第２の成膜源３2を用いて垂直方向から蒸着材料を入射させた場合の成膜速度に比して大きくなることはあっても、小さくなることはない。
【００３２】
従って、斜め方向に蒸着材料を入射させる場合の成膜速度が、垂直方向に入射させる場合の成膜速度よりもさらに小さくなっていた従来と異なり、成膜に要する時間が短くなるので、蒸着装置の生産性を向上させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では成膜装置を真空蒸着装置として説明したが本発明はこれに限らず、例えば第１、第２の成膜源をスパッタリングターゲットとして、スパッタリング装置を構成してもよい。
【００３４】
また、ＦＥＤに用いる電極基板の製造について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、蒸着材料を基板表面の垂直方向と斜め方向のいずれにも入射させることができる装置であればよい。
【００３５】
さらに、本実施形態では第１の金属材料をＡｌとし、第２の金属材料をＭｏとしているが、本発明の第１、第２の金属材料はこれに限られるものではない。
さらにまた、第１、第２の成膜源３1、３2に異なる金属材料を配置して、異なる材料の第１、第２の金属膜２４、２５を成膜しているが、本発明はこれに限らず、第１、第２の成膜源３1、３2に同一の金属材料を配置して、同じ材料からなる第１、第２の金属膜２４、２５を成膜してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
成膜に要する時間を短縮して、成膜装置の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の真空蒸着装置を説明する断面図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の真空蒸着装置の動作を説明する第１の断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の真空蒸着装置の動作を説明する第２の断面図
(ｃ)：本発明の一実施形態の真空蒸着装置の動作を説明する第３の断面図
【図３】(ａ)：本発明の一実施形態の蒸着工程を説明する第１の断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の蒸着工程を説明する第２の断面図
(ｃ)：本発明の一実施形態の蒸着工程を説明する第３の断面図
【図４】従来の真空蒸着装置を説明する断面図
【図５】(ａ)：従来の他の真空蒸着装置を説明する第１の断面図
(ｂ)：従来の他の真空蒸着装置を説明する第２の断面図
【符号の説明】
１……成膜装置  ２……真空槽  ３1……第１の蒸発源    ３2……第２の蒸発源    ４……基板ホルダー  ５1……基板と第１の蒸発源との距離    ５2……基板と第２の蒸発源との距離  ６０……基板ホルダーの法線方向の中心軸線    δ1……第１の金属材料の基板表面への入射角    δ2……第２の金属材料の基板表面への入射角
【図１】
0003979745.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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