(57)【要約】本発明は、パルスレーザ堆積のための装置に関し、この装置は、−基板が載せられる基板マウントと、−この基板マウントに対向し,ターゲット材料が載せられるターゲットマウントと、−ターゲット材料にレーザ光を照射するレーザ装置と、−基板の上方に配置されるシャドーマスクを備え、シャドーマスクは、移動可能なディスクに載せられ、この移動可能なディスクは、上記基板マウントに対して接離するように軸方向に移動できる。さらに、本発明は、この装置を操作する方法に関する。
2012524838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載せられる基板マウントと、
この基板マウントに対向し、ターゲット材料が載せられるターゲットマウントと、
上記ターゲット材料にレーザ光を照射するレーザ装置と、
上記基板の上方に配置されるシャドーマスクを備えたパルスレーザ堆積のための装置において、
上記シャドーマスクは、移動可能なディスクに載せられ、この移動可能なディスクは、上記基板マウントに対して接離するように軸方向に移動できることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、上記移動可能なディスクは、複数のシャドーマスクを有することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、上記移動可能なディスクは、上記シャドーマスクを収容する少なくとも１つの開口をもつことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、上記開口は、上記シャドーマスクを保持するフランジを有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の装置において、少なくとも１つの上記シャドーマスクを上記移動可能なディスクに向けて付勢するばね手段を有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置において、少なくとも１つの上記シャドーマスクの頂部にこのシャドーマスクを上記移動可能なディスクに向けて付勢する重りを有することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の装置において、少なくとも１つの上記シャドーマスクは、このシャドーマスクを上記移動可能なディスクに対して整列させる第１の整列要素を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の装置において、上記移動可能なディスクを上記基板マウントに対して整列させる第２の整列要素を有することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、上記移動可能なディスクと協働して整列を行わせる少なくとも２つの整列ノッチを、上記基板マウントの対向する側に設けたことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の装置において、上記ターゲットマウントは、複数のマウントをもつ回転アームに設けられていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の装置において、少なくとも１つの上記シャドーマスクの上記基板に対する方位を観察するための視覚手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、上記視覚手段は、カメラまたは顕微鏡であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の装置において、上記視覚手段は、少なくとも１つの上記シャドーマスクに接離するように移動できることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０および請求項１１乃至１３のいずれか１つに記載の装置において、上記視覚手段は、上記回転アームに配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の装置を操作するための方法であって、
第１のシャドーマスクを上記基板の上方に配置し、上記移動可能なディスクを下降させて、上記シャドーマスクを基板に当接させるステップと、
上記ターゲット材料に上記レーザ光を照射して、上記基板上に上記第１のシャドーマスクに応じたターゲット材料の被覆を形成するステップと、
上記移動可能ディスクを上昇および回転させて、第２のシャドーマスクを基板の上方に配置するステップを有し、
上記ステップを繰り返すことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、上記回転アームは、第２のターゲット材料をもつ第２のターゲットマウントを上記基板に対向して位置させるように回転できることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の方法において、上記移動可能なディスクを下降させた後に、上記基板マウントを上昇させるステップを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
基板が載せられる基板マウントと、
この基板マウントに対向し、ターゲット材料が載せられるターゲットマウントと、
上記ターゲット材料にレーザ光を照射するレーザ装置と、
上記基板の上方に配置されるシャドーマスクを備えたパルスレーザ堆積のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーザ堆積(ＰＬＤ)は、物体の表面を被覆する周知の方法である。この方法では、レーザによってターゲット材料が除去されて、ターゲット材料のプラズマプルームとなる。そして、このプラズマプルームが基板上に堆積して、基板表面がターゲット材料で被覆される。
【０００３】
ＰＬＤは、最初は主として１０mm×１０mm程度の小さい基板を被覆するために開発された。ＰＬＤは、小さな基板を全種類の材料で高い薄膜品質に被覆する研究において用いられた。
【０００４】
この研究では、結果としてより大きい表面を被覆する必要を生じた。その結果、数インチ以上の直径をもつ表面を被覆できる革新的な技術が生まれた。
【０００５】
基板は、このＰＬＤ技術によって数層に被覆することができる。この数層を堆積した基板から、フォトリソグラフィを用いて半導体素子を作ることができる。しかし、この製造方法の欠点は、基板を真空室から取り出して、フォトリソグラフィのためのクリーンルームへ運ばなければならないことである。フォトリソグラフィ過程は、薄膜(またはバルク基板)の一部を選択的に除去する微細加工に度々用いられ、幾何学的形状をフォトマスクから基板上の感光化学物質(フォトレジストつまり単に"レジスト")に転写する。そして、一連の化学的処理や物理的処理が、フォトレジストの下方の材料に露光パターンを刻み込む。(例えば、ＣＭＯＳ(相補型金属酸化膜半導体)などの)複雑な集積回路では、ウェハはフォトリソグラフを５０回も繰り返して受ける。
【０００６】
時々、追加の被覆をＰＬＤによって堆積するため、基板を真空室に返送する必要が生じる。ごみ粒子により基板が汚染される虞があるため、真空室への返送は望ましくない。他の欠点は、薄膜および薄い構造をもつ基板は、堆積処理のため、度々再加熱されなければならないことである。冷却の後の加熱は、堆積した薄膜の特性に悪影響を与えるので、同様に制限しなければならない。堆積の際にパターンを形成する他の方法は、基板の上面に僅かなマスク-基板間距離をあけてシャドーマスクまたはステンシルを置くことである。この方法は、ＰＬＤによって特定のパターンで基板の表面を被覆することを保証する。このようなシャドーマスクは、ねじやボルトを用いて基板に着脱自在に固定され、真空室の外で基板に取り付けられ、取り外される。基板にマスクの先鋭なパターンを形成するため、シャドーマスクを基板に密着させて配置する必要がある。
【０００７】
この種の付属品は、従来のＰＬＤ方法が鉛直に配置された基板マウントをもつ場合、更に必要になる。シャドーマスクを基板に取り付ける適切な取付具がなければ、シャドーマスクは基板上でずれたり基板から外れたりする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述の問題を少なくとも部分的に解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、移動可能なディスクにシャドーマスクが配置され、移動可能なディスクが基板マウントに対して軸方向に接離するように移動できることを特徴とする本発明によって達成される。
【００１０】
本発明の装置によれば、シャドーマスクを所望のときに取り付け,取り外しすることができる。これは、移動可能なディスクを、基板表面に平行な方向に自由に動けるようにして基板マウントから離れるように移動させて行われる。次に、移動可能なディスクを、例えば基板マウントの上方に在るシャドーマスクの位置など所望の位置へ移動させる。最後に、基板マウントに向けてディスクを再び下降させて、基板マウント上の基板と移動可能なディスク内のシャドーマスクを密着させる。
【００１１】
ディスクの移動は、回転,並進または両者を組み合わせた１次元以上の運動にできる。ディスクは、軸方向に並進でき、軸の周りに回転できるのが好ましい。
【００１２】
移動可能なディスクは、複数のシャドーマスクをもつのが好ましい。これは、複雑な構造の素子をＰＬＤ法で製造することを可能にする。
【００１３】
本発明の１実施形態によれば、移動可能なディスクは、シャドーマスクを収容する少なくとも１つの開口を有する。この開口は、シャドーマスクを支持するフランジをもつのが好ましい。
【００１４】
上記実施形態では、シャドーマスクは開口に収容されているから、移動可能なディスクに対する正確な位置決めが保証される。好ましい実施形態による装置は、少なくとも１つのシャドーマスクを移動可能なディスクに向けて付勢するばね手段を備える。シャドーマスクはばね手段で付勢されるので、基板の表面と平行な方向への位置合わせにおける小さな差を解消できる。さらに、ばね手段は、シャドーマスクが基板を押圧する押圧力を実質的に一定にする。
【００１５】
大面積のＰＬＤでは、基板は時々回転される。基板が回転すると、シャドーマスクも回転させねばならない。回転するシャドーマスクと基板の間の隙間を確実に小さくするために、シャドーマスクの上部に比較的重いリングを載せて、付勢力を追加することができる。このリングは、シャドーマスクの穴を覆わないように載せられる。上記リングは、シャドーマスクの中央部分も基板を押圧するように複雑な構造にできる。
【００１６】
本発明の他の好ましい実施形態では、少なくとも１つのシャドーマスクは、シャドーマスクを移動可能なディスクに対して整列させる第１の整列手段を有する。この整列手段は、例えば、シャドーマスクに設けられ、移動可能なディスクに設けられたノッチと協働するリッジからなる。
【００１７】
本発明の更に他の好ましい実施形態では、パルスレーザ堆積のための装置は、移動可能なディスクを基板マウントに対して整列させる第２の整列手段を有する。ディスクは、例えば、シャドーマスクが基板と適切に接触しないような角度に配置される。また、第２の整列手段なしでは、ディスクの偏心のため、シャドーマスクを総てが総て互いに整列できる訳ではない。
【００１８】
少なくとも２つのノッチを、移動可能なディスクとの協働による整列のために、基板マウントの対向する両側に設けることが好ましい。例えば、ディスクまたはシャドーマスクに設けられたピンを、整列のための上記ノッチに嵌合させることができる。
【００１９】
本発明の非常に好ましい実施形態では、複数のターゲットマウントが移動可能なアームに設けられる。この実施形態は、ターゲット材料を交換するために真空室を開放する必要なしに、基板上に種々の材料を堆積させることができる。交換可能なシャドーマスクと相俟って、異なる材料で異なるパターンの種々の層からなる複雑な素子を製造することができる。
【００２０】
本発明の更に他の実施形態は、少なくとも１つのシャドーマスクの基板に対する方向を監視する視覚手段を有する。この視覚手段は、カメラまたは顕微鏡であるのが好ましい。
【００２１】
本発明では、複数のマスクが容易に交換できるが、マスクを基板の構造に対して整列させなければならない。本発明では、複数のマスクの基板に対するマイクロメーター精度の整列は、位置決め装置および光学または走査型電子顕微鏡などの視覚手段によって行われる。斯かる顕微鏡によって、操作中に、マスクに対する基板の平面内運動(x, y)および回転運動(φ)を観察できる。ホルダに載置された基板は、ｘ,ｙ,ｚ方向および回転方向に位置決めできなければならない。上記顕微鏡による観察は、マスクに対する基板の位置決め手段にフィードバックされる。
【００２２】
視覚手段がシャドーマスクを一見で観察できない場合や拡大視が必要な場合、視覚手段がシャドーマスクに平行に少なくとも２次元移動できるのが好ましい。更に、視覚手段の焦点合わせや視覚手段の除去のために、第３の次元を用いることができる。
【００２３】
他の実施形態では、視覚手段は、少なくとも１つのシャドーマスクに向かって接離するように移動できる。視覚手段は、回転可能なアームに設けるのが好ましいが、真空室の壁などに取り付けられた分離したガイドに配置することもできる。
【００２４】
光学顕微鏡は、好ましくは、シャドーマスクに対する基板の表面や位置を見るため、複数のマスクを順次整列させるためにフォトリソグラフィで主に用いられるアラインメントマーカーを観察すべく、シャドーマスクの直上に設けるべきである。
【００２５】
さらに、本発明は、パルスレーザ堆積のための上記装置を操作する方法に関し、この方法は、
第１のシャドーマスクを基板の上方に配置して、移動可能なディスクがシャドーマスクに当接するように移動可能なディスクを下降させるステップと、
ターゲット材料にレーザ光を照射して、第１のシャドーマスクに従ったターゲット材料の被覆を基板上に形成するステップと、
上記移動可能なディスクを上昇させ、かつ、回転させて、第２のシャドーマスクを基板の上方に位置させるステップとからなり、
これらのステップを繰り返す方法である。
【００２６】
本発明の更なる実施形態では、回転可能なアームは、第２のターゲット材料を載せた第２のターゲットマウントが基板に対向するように回転させられる。
【００２７】
本発明の方法は、移動可能なディスクを下降させた後に基板マウントを上昇させるステップを備えるのが好ましい。このステップは、基板マウントを上昇させることによって、移動可能なディスクを基板マウントと適切に整列させることができ、基板がシャドーマスクに押し付けられて密着することが保証される。
【００２８】
本発明の上記実施形態による何れの装置でも、重力の方向は、基板の表面に直交し、シャドーマスクが基板の頂部に配置されるのが好ましい。
【００２９】
本発明の上述の特徴および利点は、添付図面を参照して次に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である装置の概略斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の装置において基板上にシャドーマスクを配置する第１ステップを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の装置において基板上にシャドーマスクを配置する第２ステップを示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の装置において基板上にシャドーマスクを配置する第３ステップを示す図である。
【図３】図３は、シャドーマスクの２つの実施形態を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施形態１の概略を示す。この装置１は、基板マウント２とこの基板マウント２に載せられた基板３を備える。この基板マウント２は、鉛直方向に移動できる。
【００３２】
基板マウント２の上方には、４つのアーム５をもつ回転枠４が配置されている。各アーム５の自由端には、ターゲットマウントが固定されている。各ターゲットマウントには、特定のターゲット材料が配置できる。
【００３３】
ターゲットマウント６と基板マウント２の間に、回転ディスク７が配置される。ディスク７は、１つを除く開口８にシャドーマスク９が収容される５つの開口８を有する。
【００３４】
シャドーマスク９がない開口８から明らかなように、各開口は、シャドーマスク９を保持するフランジ１０を有する。
【００３５】
図２Ａは、図１の装置の断面図を示す。基板マウント２の両側には、位置決めチップ１２をもつホスト１１が配置される。チップ１２は、回転ディスク７に在るノッチ１３に嵌合するようになっていて、基板マウント２と基板３に対する回転ディスク７の正確な位置合わせを保証する。
【００３６】
シャドーマスク９自体は、フランジ１０の内径と略同じ直径の小径部を底部に有して、回転ディスク７に対するシャドーマスクの適切な位置合わせを保証する。
【００３７】
シャドーマスク９の頂部には、複数のばね要素１４が在り、ばね要素１４は、シャドーマスク９をディスク７の開口８に押し込む。
【００３８】
図２Ｂに示す次のステップでは、回転ディスク７が下降されて、チップ１２がノッチ１３に嵌合する。こうして、ディスク７，従ってシャドーマスク９が、基板３に対して適切に位置合わせされる。
【００３９】
そして、基板３を載せた基板マウント２が、図２Ｃに示すように上昇され、その結果、基板３がシャドーマスク９に密着させられる。これは、ＰＬＤ法で堆積される被覆にマスクの先鋭なパターンを残すために必要である。
【００４０】
シャドーマスク９を基板に密着させることによって、シャドーマスク９は、開口８内でフランジ１０の上方まで幾分押し上げられる。シャドーマスク９と基板３が、高温によって膨脹した場合、シャドーマスク９が、ディスク７,とりわけ開口８のフランジ１０によって拘束されないというのが、上記構成の利点である。
【００４１】
図３は、シャドーマスク２０,２１の２つの実施形態を示す。これらのシャドーマスク２０,２１は、主として交互に適用される。シャドーマスク２０,２１の正確な位置合わせを保証するため、各シャドーマスク２０,２１は、シャドーマスク２０,２１上の所定の位置に配置されたアラインメントマーク２２を有する。これらのアラインメントマークによって、シャドーマスクの正確な方向付けを決定し、基板をシャドーマスクに位置合わせすることが可能になる。
【００４２】
図４は、本発明の第２の実施形態２５を示す。この装置２５は、頂部に基板２７を載せた基板マウント２６を備える。基板マウント２６の両側には、位置決めチップ２９をもつポスト２８が配置される。位置決めチップ２９は、回転ディスク３１に在るノッチ１３に嵌合するようになっていて、ポスト２８従って基板マウント２６に対するディスク３１の適切な位置合わせを保証する。
【００４３】
基板２７に対するシャドーマスク２０の適切な位置合わせを保証するには、シャドーマスク２０の付近に顕微鏡３２を下降させる。顕微鏡３２によってアラインメントマーク２２とその下の基板２７を観察することができる。前回のマスクのアラインメントマークが基板２７上にマークを残しているので、このマークにアラインメントマーク２２を位置合わせすることによって、次のシャドーマスク２０を適切に揃えることが保証される。
【００４４】
位置合わせは、３次元の全運動と回転運動を与えるポジショナー３４,３５,３６,３７によって基板マウント２６を位置決めすることによって行うことができる。
【図１】
2012524838.tif 000003
【図２Ａ】
2012524838.tif 000004
【図２Ｂ】
2012524838.tif 000005
【図２Ｃ】
2012524838.tif 000006
【図３】
2012524838.tif 000007
【図４】
2012524838.tif 000008
【国際調査報告】
2012524838.tif 000009
2012524838.tif 000010
2012524838.tif 000011