(57)【要約】【課題】  クリスタルセンサ切り替え時でも安定した蒸着を行うことが出来る真空成膜装置とその蒸発源の温度制御方法及び装置を提供する。【解決手段】  真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置は、内部に蒸着源収納する坩堝と、当該坩堝を加熱するためのヒータと、当該ヒータへの加熱電力を制御する電力供給部と、当該電力供給部からの出力電力を制御する制御部とを備え、かつ、当該蒸着源に近接して、蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサを配置しており、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、前記電力供給部を制御し、それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記電力供給部から前記ヒータへ供給される電力を制御する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置であって、当該蒸着源は、内部に蒸着源収納する坩堝と、当該坩堝を加熱するためのヒータと、当該ヒータへの加熱電力を制御する電力供給部と、当該電力供給部からの出力電力を制御する制御部とを備え、かつ、当該蒸着源に近接して、蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサを配置したものにおいて、
前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、前記電力供給部を制御し、
それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記電力供給部から前記ヒータへ供給される電力を制御することを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載した真空成膜装置において、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力の平均値を算出し、もって、当該算出された平均電力値となるように制御することを特徴とする真空成膜装置。
【請求項３】
真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置において坩堝を加熱するためのヒータへの加熱電力を制御する蒸発源の温度制御方法であって、
蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、当該切替え直前の所定の期間において前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、供給電力を制御し、
それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記ヒータへの電力供給を制御することを特徴とする蒸発源の温度制御方法。
【請求項４】
前記請求項３に記載した蒸発源の温度制御方法において、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力の平均値を算出し、もって、当該算出された平均電力値となるように制御することを特徴とする蒸発源の温度制御方法。
【請求項５】
真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置において坩堝を加熱するためのヒータへの加熱電力を制御する蒸発源の温度制御装置であって、当該ヒータへの加熱電力を制御する電力供給部と、当該電力供給部からの出力電力を制御する制御部とを備え、かつ、当該蒸着源に近接して、蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサを配置したものにおいて、
前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、前記電力供給部を制御し、
それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記電力供給部から前記ヒータへ供給される電力を制御することを特徴とする蒸発源の温度制御装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載した蒸発源の温度制御装置において、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力の平均値を算出し、もって、当該算出された平均電力値となるように制御することを特徴とする真空成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機ＥＬデバイスや液晶ディスプレイ等の表示装置用の大型の基板に有機ＥＬ材料等を蒸着するための真空成膜装置に関し、特に、蒸発源からの蒸着材料の蒸発速度を一定に保つように制御しながら蒸着材料を加熱して物理蒸着(ＰＶＣ)を行なうためにレート検出用クリスタルセンサ（所謂、ＡＴカットの水晶振動子）を用いる蒸発源の温度制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置用の大型の基板に有機ＥＬ材料等を蒸着するための真空成膜装置においては、蒸発源からの蒸着材料の蒸発速度を一定に保つように制御するため、一般的に、上述したＡＴカットの水晶振動子であるクリスタルを用いたレート検出用クリスタルセンサが、広く採用されている。かかるクリスタルセンサは、振動子であるクリスタルの表面に蒸着した蒸着材料の質量の増加に伴う固有振動の周波数の変動により蒸発速度（レート）検出することから、かかるセンサは比較的寿命が短く、そのため、以下の特許文献１にも知られるように、一のセンサ内に複数のクリスタルを装着しており、そして、クリスタルがその寿命が近づくと、自動で、交換されるようなっている。
【０００３】
また、かかるクリスタルセンサを利用して真空蒸着装置の運転を行う方法が、既に、以下の特許文献２にも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３９５０５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、クリスタルセンサでは、クリスタルの寿命が比較的短く、そのため、センサ内に複数のクリスタルを装着しており、そして、クリスタルがその寿命が近づくと、自動で、交換されるようなっている。しかしながら、その際、即ち、機械的に接触子により新たなクリスタルに切り替える際、一時的に、センサがレートを検出出来ない時間が発生し、また、その出力が安定するまで数分程度の時間を要することなどの問題点が指摘されていた。また、クリスタルセンサは温度に敏感であることから、センサ自体の温度が飽和するまで、その出力は安定せず、そのため、新たなクリスタルに切り替えられた際には、当該センサからの出力（読み）は信頼することが出来ない。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来技術における課題に鑑みて達成されたものであり、そして、蒸着膜厚を監視・制御する手段として上述したクリスタルセンサを使用するが、しかしながら、そのレート検出用クリスタルセンサのクリスタルの切り替え時においても、各クリスタル個体差による不安定を解消し、安定した蒸発源の温度管理を可能とすると共に、比較的長時間に渡って大型の基板に有機ＥＬ材料等を安定的に蒸着することが可能な真空成膜装置と、その蒸発源の温度制御方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した本発明の目的を達成するため、本発明によれば、まず、真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置であって、当該蒸着源は、内部に蒸着源収納する坩堝と、当該坩堝を加熱するためのヒータと、当該ヒータへの加熱電力を制御する電力供給部と、当該電力供給部からの出力電力を制御する制御部とを備え、かつ、当該蒸着源に近接して、蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサを配置したものにおいて、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、前記電力供給部を制御し、それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記電力供給部から前記ヒータへ供給される電力を制御する真空成膜装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、上記真空成膜装置に加え、真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置において坩堝を加熱するためのヒータへの加熱電力を制御する蒸発源の温度制御方法であって、蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、当該切替え直前の所定の期間において前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、供給電力を制御し、それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記ヒータへの電力供給を制御する蒸発源の温度制御方法が、そして、真空中において蒸着源からの蒸着部材を基板表面に蒸着する真空成膜装置において坩堝を加熱するためのヒータへの加熱電力を制御する蒸発源の温度制御装置であって、当該ヒータへの加熱電力を制御する電力供給部と、当該電力供給部からの出力電力を制御する制御部とを備え、かつ、当該蒸着源に近接して、蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号を発生するクリスタルセンサを配置したものにおいて、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力を保持するよう、前記電力供給部を制御し、それ以外の期間においては、前記クリスタルセンサからの蒸着部材の蒸発速度を示すレート信号に基づいて、前記電力供給部から前記ヒータへ供給される電力を制御する蒸発源の温度制御装置が提供される。
【０００９】
加えて、本発明によれば、上記真空成膜装置、その蒸発源の温度制御方法及び装置において、前記クリスタルセンサの切替え後の所定の期間においては、前記制御部は、当該切替え直前の所定の期間において前記電力供給部から前記ヒータへ供給された電力の平均値を算出し、もって、当該算出された平均電力値となるように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上に述べた本発明によれば、蒸着膜厚を監視・制御する手段として上述したクリスタルセンサを使用するが、レート検出用クリスタルセンサのクリスタルの切り替え時においても、各クリスタル個体差による不安定を解消し、安定した蒸発源の温度管理を可能とすると共に、比較的長時間に渡って大型の基板に有機ＥＬ材料等を安定的に蒸着することが可能な真空成膜装置と、その蒸発源の温度制御方法及び装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態になる成膜装置をその一部に利用した有機ＥＬデバイス製造装置の一例を示す図である。
【図２】上述した有機ＥＬデバイス製造装置の搬送チャンバと共に、その内部に有機ＥＬ材料を蒸着するための成膜装置を備えた処理（成膜）チャンバの構成を示す図である。
【図３】上述した蒸着源を中心とした成膜装置の構成を示す図である。
【図４】上述した成膜装置を構成するクリスタルセンサの詳細な構造を示す図である。
【図５】上述したクリスタルセンサの成膜装置内での使用状態を示す図である。
【図６】上述した成膜装置の周波数−電力特性の一例を示す図である。
【図７】上述した成膜装置におけるパワーホールド機能を含む蒸発源の温度制御を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態になる成膜装置、特に、有機ＥＬデバイス用の大型の基板に有機ＥＬ材料を蒸着するための成膜装置について、添付の図を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
まず、添付の図１は、本発明の一実施の形態になる成膜装置をその一部に利用した有機ＥＬデバイス製造装置の一例を示しており、図において、当該有機ＥＬデバイス製造装置１は、概略、処理対象（ワーク）である基板６を搬入するロードクラスタ３、基板６をそれぞれ処理する４つのクラスタ(Ａ〜Ｄ)と、隣接するクラスタの間、又は、クラスタＡとロードクラスタ３の間、更には、次工程（例えば、封止工程）との間の設置された、合計、５つの受渡室４とから構成されている。
【００１４】
ロードクラスタ３は、前後に真空を維持するためにゲート弁１０を有するロードロック室３１と、当該ロードロック室３１から基板６を受け取り、これを旋回して受渡室４ａに基板６を搬入する搬送ロボット５Ｒからなる。また、各ロードロック室３１及び各受渡室４は、その前後にゲート弁１０を有し、当該ゲート弁１０の開閉を制御することにより、内部の真空を維持しながら、ロードクラスタ３又は次のクラスタ等に対して、上記基板６を受け渡しする。
【００１５】
各クラスタ（Ａ〜Ｄ）は、一台の搬送ロボット５を有する搬送チャンバ２と、搬送ロボット５から基板を受け取って所定の処理を行う（図面上で上下に配置されている）２つの処理チャンバ１(添え字ａ〜ｄはクラスタを示し、添え字ｕ、ｄは上側下側を示す)を有する。また、搬送チャンバ２と処理チャンバ１の間には、ゲート弁１０が設けられている。
【００１６】
次に、添付の図２は、上述した有機ＥＬデバイス製造装置の一部、特に、搬送チャンバ２と共に、その内部に有機ＥＬ材料を蒸着するための成膜装置を備えた処理（成膜）チャンバ１の構成を示す。なお、ここでは、処理チャンバの構成として、真空中で発光材料を蒸着して基板６上にＥＬ層を形成するための真空蒸着チャンバ１ｂｕが示されている。
【００１７】
真空蒸着チャンバ１ｂｕは、図にも示すように、大別して、発光材料を蒸発させ基板６に蒸着させる蒸着部７と、基板６の必要な部分に蒸着させるアライメント部８と、搬送チャンバ２内の搬送ロボット５との間で基板６の受け渡たしを行い、蒸着部７へ基板６を移動させる処理受渡部９によって構成されている。ここでは、蒸着部７、アライメント部８及び処理受渡部９の概略構成を説明する。
【００１８】
アライメント部８と処理受渡部９は、それぞれ、右側Ｒラインと左側Lラインの２系統が設けられる。処理受渡部９は、搬送ロボット５の櫛歯状ハンド５２と干渉することなく基板６を受渡し可能であり、かつ、基板６を固定する手段を有する基板チャック９１と、前記基板チャック９１を旋回させて基板６を直立させアライメント部８に移動するハンド旋回駆動手段９２を有する。なお、基板６を固定する手段としては、真空中であることを考慮して、例えば、電磁吸着やクリップ等が用いられる。
【００１９】
また、アライメント部８は、マスク８１ｍとフレーム８１ｆとからなるシャドウマスク８１と、ここでは図示しない基板上のアライメントマークによって基板６とシャドウマスク８１とを位置合せするためのアライメント駆動部８３とを有する。
【００２０】
蒸着部７は、蒸発源７１と、当該蒸着源を上下方向に移動させるための蒸発源駆動手段（図示せず）を有する。なお、この蒸発源７１には、内部に蒸着材料である発光材料が充填され、そして、当該蒸着材料を加熱制御することにより、蒸発した有機ＥＬ材料が安定した蒸発速度で得られる。
【００２１】
続いて、添付の図３には、上述した蒸着源７１を中心とした成膜装置の構成が示されており、図にも示すように、蒸着源７１は、その側壁面に複数のノズル７１１を形成した筺体７１２の内部に、有機ＥＬ材料７１３を収容した坩堝７１４を備え、当該坩堝の周囲にはヒータ７１５が取り付けられている。そして、当該ヒータ７１５には、例えば、商用電源からの電力が、制御部２００によってその出力電力が制御される電力供給部２１０を介して供給される。なお、この電力供給部２１０は、例えば、ＩＧＢＴ等の電力用素子などから構成され、また、制御部２００は、メモリを含むＣＰＵ等により構成されており、そして、当該制御部２００は、上記蒸着源７１に近接して設けられた以下に述べるクリスタルセンサ３００からの出力信号（所謂、蒸着材料の蒸発速度を示すレート信号）や図示しない温度センサからの温度信号に基づいて、電力供給部２１０から蒸着源７１のヒータ７１に発熱のための電力を制御・供給する。
【００２２】
次に、添付の図４には、上述したクリスタルセンサ３００の詳細な構造が示されており、図４（Ａ）に示すクリスタルセンサカバー３１０の内部には、図４（Ｂ）に示すホルダ３２０には、複数（本例では、１２個）のクリスタル３２１、３２１が実装されている。そして、ホルダ３２０を３０度刻みで回転させることにより、順次、クリスタルを切り替える。即ち、クリスタルセンサカバー３１０には、一の開口部３１１が設けられており、ホルダ２２０を回転することにより、一のクリスタルをクリスタルセンサとして選択し、選択されている以外のクリスタルセンサに蒸着物が飛ばないよう物理的に遮蔽している。
【００２３】
更に、図５は、上述したクリスタルセンサ２００の使用状態を示しており（図５（Ａ）は上面図、図５（Ｂ）は側面図）、また、図中の符号７１６は、ノズル７１１の先端部に設けられ、有機ＥＬ材料の放射を制限するための角度制限板を示している。これらの図からも明らかなように、蒸着源７１のノズル７１１から放射された蒸発した有機ＥＬ材料は、クリスタルセンサカバー３１０の開口部３１１に配置されたクリスタルの表面に蒸着することにより、蒸着材料の蒸発速度を示すレート信号が検出され、そして、クリスタルがその寿命が近づくと、自動的に交換される。具体的には、ホルダ３２０が回転し、新たなクリスタル３２１がセンサカバー３１０の開口部３１１に配置される。しかしながら、上述したように、センサがレート値を検出出来ない時間が発生し、また、その出力が安定するまで数分程度の時間を要する。
【００２４】
そこで、本発明では、センサの切替え（新たなクリスタルへの切替え）後、当該クリスタルセンサが安定するまでの期間、直近の期間における膜厚で蒸着するため、当該直近での蒸発源ヒータ電力を保持しておき（センサ切り替え時のパワーホールド機能）、その電力で蒸着するものである。
【００２５】
即ち、本発明では、（１）電力が一定であれば、同じ膜厚で蒸着出来ることは実験結果から分かっている、（２）しかしながら、被蒸着材料の残量による蒸気量の変化があり、長時間に渡って、常時、同一電力では、有機ＥＬ材料等を安定的に蒸着する制御を行うことは出来ないこと、（３）材料の減少と共に、電力も下降すること（添付の図６の周波数−電力特性を参照）を考慮し、機械的に接触子により新たなクリスタルに切り替える際、一時的に、パワーホールド機能を利用することにより、安定した蒸着を実現する。
【００２６】
続いて、上述した本発明になるセンサ切り替え時におけるパワーホールド機能を含む蒸発源の温度制御について、図７に示すフローチャート図を参照しながら、以下に詳細に説明する。なお、当該パワーホールド機能は、上記図３に示した制御部２００を構成するＣＰＵにより、その内部メモリ内に格納されたソフトウェアに従って、所定の期間毎に、実行される。
【００２７】
装置がその動作を開始すると、まず、センサの切替え（新たなクリスタルへの切替え）の有無を判定する（ステップＳ７１）。その結果、センサの切替えがない（図の「ＮＯ」を参照）と判断した場合には、通常の動作、即ち、クリスタルセンサからの検出信号であるレート値や、坩堝内の温度を測定する熱電対等の温度センサからの温度等に基づいて、有機ＥＬ材料の所望の蒸着速度が得られるように、蒸着源７１のヒータ７１に発熱のために供給すべき電力Ｐｉを算出し（ステップＳ７２）、当該算出した供給電力Ｐｉがヒータ７１に供給されるように電力供給部２１０を制御することにより、ヒータ７１への電力Ｐｉの供給を行う（ステップＳ７３）。その後、当該算出した供給電力Ｐｉを、例えば、ＣＰＵの内部メモリ等に一時的に記憶（保存）する（ステップＳ７４）。ここで、「ｉ」は、１以上であり、かつ、「ｎ」以下の自然数であり、記憶する度に、順次、増加するものであり、また、「ｎ」は２以上の自然数である。
【００２８】
一方、上記ステップＳ７１における判定の結果、センサの切替えが行われた（図の「ＹＥＳ」を参照）と判断した場合には、以下の様な、パワーホールド機能を利用した制御が行われる。即ち、以下の式により、切り替え直前の蒸発源のヒータへ供給された電力Ｐの平均値ＰＡを算出する（ステップＳ７５）。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
なお、「ｎ」は１以上の自然数であり、当該式により、センサの切替えが行われた直前の所定の期間内においてヒータへ供給された電力Ｐの平均値ＰＡＶが得られ、その後は、センサからのレート値にかかわらず、当該求められた電力Ｐの平均値ＰＡＶがヒータへ供給されるよう、電力供給部２１０を制御する（ステップＳ７６）。その後においても、当該動作は、センサの切替えが行われた後、所定の時間「τ」が経過するまで、繰り返される（図の「ＮＯ」を参照）。そして、所定の時間「τ」が経過すると（図の「ＹＥＳ」を参照）、その処理を終了する。
【００３１】
即ち、上述したパワーホールド機能によれば、蒸発源のヒータへ供給された電力平均値には、クリスタルセンサの共振周波数及び電力（図６の周波数、電力、傾き）を合わせて考慮（記憶）しているので、新たに切り替えられたクリスタルセンサから正しいレート値が出てくるまで（即ち、安定するまで）の期間においても、センサを構成するクリスタル自体の個体差をなくし（小さくし）、もって、ＥＬ材料等を安定的に蒸着することが可能となる。
【００３２】
なお、上記の動作において、センサの切替えは、例えば、クリスタルセンサからのレート値の変化分（微分値）が零（０）になった時点としてもよく、また、当該クリスタルセンサは、一般に、３０分程度の出力が不安定な期間を有することから、上述した所定の時間「τ」を３０分程度に設定すると共に、電力Ｐの平均値ＰＡＶを算出するための「ｎ」についても、同様に、３０分程度の期間の平均値が算出できるように、適宜、設定すればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…処理（成膜）チャンバ、６…基板、７…蒸着部、７１…蒸発源、７１１…ノズル、７１３…有機ＥＬ材料、７１４…坩堝、７１５…ヒータ、２００…制御部、２１０…電力供給部、３００…クリスタルセンサ
【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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