(57)【要約】      （修正有）【課題】複数個の膜厚センサのメンテナンスを容易にするとともに、タクトタイムを向上した真空蒸着装置を提供する。【解決手段】成膜材料を加熱して蒸発させる複数個の蒸発源３と、複数個の蒸発源のそれぞれによる成膜レートを検出する蒸発源と同数の第１センサ５と、第１センサよりも少ない個数の第２センサ６と、を備えた真空蒸着装置を用い、第２センサによって第１センサの補正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料を加熱して蒸発させる複数個の蒸発源と、前記複数個の蒸発源のそれぞれによる成膜レートを検出する前記蒸発源と同数の第１センサと、前記第１センサよりも少ない個数の第２センサと、を備え、前記第２センサは、前記第１センサの補正をすることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
前記第２センサは、１個であることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項３】
前記第２センサは、シャッターを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空蒸着装置。
【請求項４】
前記第１センサは、対応する前記蒸発源からの距離を固定した状態で設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項５】
前記第２センサは、前記第１センサに対して移動可能としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項６】
前記第２センサは、前記蒸発源に対して静止した状態で前記成膜レートを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項７】
前記第１センサと前記第２センサとの検出値の比率が前回の比率と異なる場合に、前記第１センサに異常ありと判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項８】
前記蒸発源は、加熱部を有し、前記加熱部は、前記第１センサの検出値によって制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項９】
前記第２センサは、前記蒸発源の開口部の正面位置で前記成膜レートを測定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１０】
前記第２センサは、２個以上の水晶振動子を有し、１個の前記第１センサの補正に２個以上の水晶振動子を用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１１】
前記複数個の蒸発源は、１列に配列されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１２】
前記複数個の蒸発源は、１列に配列したものを多段に並べた構成であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１３】
前記第２センサは、１列に配列された前記複数個の蒸発源とともに移動可能となるように設置され、それぞれの前記蒸発源の成膜レートを検出する前記第１センサに対して移動可能としたことを特徴とする請求項１１記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）が新たな産業分野として注目されている。有機ＥＬディスプレイは、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに代わる次世代ディスプレイとして、また、有機ＥＬ照明は、ＬＥＤ照明（発光ダイオード照明）と並ぶ次世代照明として期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、有機化合物からなる発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などを積層した多層構造を、陽極と陰極とからなる電極対で挟み込んだ構造になっている。電極に電圧を印加することにより陽極側から正孔が、陰極側から電子が発光層に注入され、それらが再結合して生じる励起子（エキシトン）の失活により発光する。
【０００４】
発光層を形成する有機材料には高分子材料と低分子材料がある。このうち現在主流である低分子材料は、真空蒸着によって成膜される。その他の層を形成する際にも真空蒸着が用いられる。
【０００５】
有機ＥＬ素子は表示デバイスや照明デバイスの大型化とともに、製造基板サイズ大型化の要求がある。基板サイズの大型化に対応するために、ライン状の蒸発源やプレナー状の蒸発源など、様々の形態の蒸発源が提案されている。ライン状の蒸発源は、長手方向と垂直な方向へ基板に沿って相対移動することで基板に均一な薄膜を形成できる。ライン状の蒸発源にも様々な形態があり、例えば、複数のノズルを有する一体物のリニア蒸発源や、複数のノズルを有する蒸発源ユニットを長手方向へライン状に複数個併設したマルチ蒸発源などが挙げられる。
【０００６】
真空蒸着に用いられる蒸発源は、成膜材料を封入する坩堝と、坩堝を加熱するヒーターと、坩堝やヒーターなどを格納するハウジングとを有する。ヒーターにより加熱された坩堝から成膜材料を蒸発あるいは昇華させて、真空チャンバ内に設置した基板上にノズルから気化した成膜材料を噴射して各層を形成する。
【０００７】
成膜レートの制御方法としては、水晶振動子を用いた膜厚センサによる方法が知られている。坩堝の開口部から出た蒸気の量を計測して、水晶振動子に付着した成膜材料の付着量に応じた周波数変化に基づいて成膜レートを算出し、その値が所定の数値となるようにヒーターへの投入電力を制御する。
【０００８】
複数のノズルを有する、ライン状の蒸発源を膜厚制御する構成としては、特許文献１がある。この公報には、「真空排気されたチャンバ内において、基板に加熱により気化された蒸着材料を蒸着する蒸着装置を、基板を保持する基板保持手段と、蒸着材料を気化させてノズルから放出する一方向に長い形状を有する蒸発源と、蒸発源の長い一方向と垂直な方向に蒸発源又は基板を保持する基板保持手段の少なくとも一方を移動させる第１の移動手段と、蒸発源からの蒸着材料の放出レートを検出する検出手段と、蒸発源又は検出手段の少なくとも一方を蒸発源の長い一方向と平行に移動させる第２の移動手段と、基板保持手段と蒸発源と第１の移動手段と検出手段と第２の移動手段とを制御する制御手段とで構成し、制御手段で第２の移動手段を制御して検出手段又は蒸発源の少なくとも一方を移動させることにより蒸発源の放出レートの長手方向の分布を計測するようにした」と記載されている。
【０００９】
２種類の異なる膜厚センサによって膜厚制御をする構成としては、特許文献２がある。この公報には、「基板に成膜する蒸着材料の蒸着レートを制御するための制御用膜厚センサの計測データを、補正用膜厚センサによって不連続的に計測された蒸着材料の蒸着レートにより補正する。逐次補正される制御用膜厚センサの計測データによって蒸着源を制御することで、基板に成膜される薄膜の膜厚を高精度で管理し、有機ＥＬ素子の製造歩留まりを向上させることができる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−４２８６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９６０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１には、リニア蒸発源をレート制御する仕組みが記載されている。しかし、特許文献１では、膜厚センサの校正方法について、「膜厚モニタ３２０Ａ，Ｂの膜厚計測精度を向上させるには、一度所定の条件で基板６１上に成膜し、その基板を取り出した後に、エリプソメータなどの計測器で膜厚を測定した結果から、校正係数を算出するプロセスが必要である」と記載されている。
【００１２】
特許文献２には、膜厚センサの経時変化を校正する仕組みが記載されている。しかし、特許文献２では、複数の膜厚センサに対して同数の補正用膜厚センサが必要となる。また水晶振動子によるレート測定は、坩堝の熱輻射による影響が安定化するまで時間を要する。このようなレート制御方法では、例えば、量産用の真空蒸着装置の場合には、タクトタイムに悪影響を及ぼす場合がある。
【００１３】
そこで、本発明は、複数個の膜厚センサのメンテナンスを容易にするとともに、タクトタイムを向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の真空蒸着装置は、成膜材料を加熱して蒸発させる複数個の蒸発源と、複数個の蒸発源のそれぞれによる成膜レートを検出する蒸発源と同数の第１センサと、第１センサよりも少ない個数の第２センサとを備え、第２センサは、第１センサの補正をすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第２センサの個数が第１センサよりも少ないため、第２センサによる検出精度のばらつきの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例の真空蒸着装置を示す部分断面斜視図である。
【図２】実施例の真空蒸着装置の蒸発源、第１センサ及び第２センサを示す斜視図である。
【図３】メンテナンス前後におけるダミー基板の膜厚分布の変化を示すグラフである。
【図４】多段式の蒸発源を示す斜視図である。
【図５】蒸発源ユニット、第１センサ及び第２センサの変形例を示す斜視図である。
【図６】実施例の第２センサを示す正面図である。
【図７】実施例の蒸発源ユニットの待機位置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の具体的な目的は、例えば、連続蒸着前後の膜厚センサのメンテナンス前後に発生することが懸念される、膜厚センサの異常および変化の検出を容易にする方法を提案することにある。
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置について説明する。
【００１９】
前記真空蒸着装置は、成膜材料を加熱して蒸発させる複数個の蒸発源と、複数個の蒸発源のそれぞれによる成膜レートを検出する蒸発源と同数の第１センサと、第１センサよりも少ない個数の第２センサと、を備え、第２センサは、第１センサの補正をすることを特徴とする。
【００２０】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、１個であることが望ましい。これにより、第２センサのばらつきの主な原因は、第２センサの性能の経時変化となる。
【００２１】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、シャッターを有することが望ましい。これにより、第２センサの劣化を防止することができる。
【００２２】
前記真空蒸着装置において、第１センサは、対応する蒸発源からの距離を固定した状態で設置されていることが望ましい。
【００２３】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、第１センサに対して移動可能とすることが望ましい。
【００２４】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、蒸発源に対して静止した状態で成膜レートを測定することが望ましい。
【００２５】
前記真空蒸着装置において、第１センサと第２センサとの検出値の比率が前回の比率と異なる場合に、第１センサに異常ありと判定することが望ましい。
【００２６】
前記真空蒸着装置において、蒸発源は、加熱部を有し、加熱部は、第１センサの検出値によって制御されることが望ましい。
【００２７】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、蒸発源の開口部の正面位置で成膜レートを測定することが望ましい。
【００２８】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、２個以上の水晶振動子を有し、１個の第１センサの補正に２個以上の水晶振動子を用いることが望ましい。
【００２９】
前記真空蒸着装置において、複数個の蒸発源は、１列に配列されていることが望ましい。
【００３０】
前記真空蒸着装置において、複数個の蒸発源は、１列に配列したものを多段に並べた構成であることが望ましい。
【００３１】
前記真空蒸着装置において、第２センサは、１列に配列された複数個の蒸発源とともに移動可能となるように設置され、それぞれの蒸発源の成膜レートを検出する第１センサに対して移動可能としたことが望ましい。
【００３２】
以下、実施例を用いて説明する。
【００３３】
以下では、本発明の真空蒸着装置の一例として、有機ＥＬデバイスの製造に適用した例を説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明だけに限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。例えば、蒸着材料は有機材料に限らず、金属材料、無機材料、その他の材料を用いることができる。共蒸着もドーピング、合金形成などの数々の場合に適用することが可能である。
【実施例】
【００３４】
図１は、真空蒸着装置の一部を示す概略図である。
【００３５】
真空チャンバ１は、その内部に、鉛直方向に立てられた基板２と、ライン状に水平に配列された複数個の蒸発源３とを内蔵している。複数個の蒸発源３は、蒸発源ユニット１３を構成している。それぞれの蒸発源３は、第１センサ５を有している。第１センサ５は固定してある。また、真空チャンバ１の内部には、第２センサ６が設置してある。真空チャンバ１は、その内部を減圧した状態（真空状態）に維持することができるようになっている。
【００３６】
真空チャンバ１には、搬送チャンバ（図示せず）が接続してある。搬送チャンバと真空チャンバ１との間には、基板２を搬入する基板受け渡し部４が設けてある。搬送チャンバも、真空状態を維持することができるようになっている。
【００３７】
蒸発源ユニット１３は、鉛直方向７に移動可能となっている。一方、第２センサ６は、水平方向８に移動可能となっている。
【００３８】
基板２は、真空チャンバ１に搬入される際は、蒸着の対象となる面を上向きにされている。基板２は、真空チャンバ１に搬入された後、基板ホルダ（図示せず）とのアライメントを行い、蒸発源ユニット１３に対向する向きに立てられる。
【００３９】
蒸発源３は、基板２に沿って鉛直方向７に、基板２に対して相対的に移動することにより、基板２の全面に均一な薄膜を形成する。薄膜を形成した基板２は、水平に倒され、基板受け渡し部４を介して搬出される。
【００４０】
蒸発源３は、成膜材料（薄膜を形成する材料）を格納する坩堝、及び坩堝を加熱するためのヒーター（加熱部）を有する。第１センサ５（膜厚センサ）は、坩堝の開口部から出た蒸気の量を計測する。膜厚センサで計測した成膜レートが所定の数値となるように、ヒーターへの投入電力を制御する。これによって、蒸発源３の個体差に依存せずに成膜レートを所定の値に制御することが可能である。
【００４１】
ここで、成膜レートとは、基板２に成膜材料が蒸着する速度という。すなわち、単位時間当たりの膜厚の増加量である。本実施例においては、膜厚は、第１センサ５の検出面の重量変化を電気的に検出することにより算出している。
【００４２】
第１センサ５（膜厚センサ）は、蒸発源３に取り付けるか、あるいは成膜に支障がない場所、例えば、ライン状の蒸発源ユニット１３の端部にまとめて設置する。第１モニタは、連続成膜中、常時レートを検出することによって安定的にヒーター電力を制御することができる。
【００４３】
図２は、蒸発源、第１センサ及び第２センサの配置及び移動経路を示す斜視図である。
【００４４】
本図において、第２センサ６は、シャッター２６を有している。また、複数個の蒸発源３を含む蒸発源ユニット１３は、鉛直方向７に移動可能であるが、本図においては、第２センサ６に対向する位置（高さ）に停止している。第２センサ６は、蒸発源３に対して静止した状態で成膜レートを測定するようになっている。蒸発源３は、開口部を有する。第２センサ６は、蒸発源３の開口部の正面位置で成膜レートを測定する。これは、当該正面位置において成膜材料の濃度が高くなる確率が高いと考えられるためである。
【００４５】
図６は、複数個の水晶振動子（クリスタル）を有する膜厚センサを例として示したものである。
【００４６】
本図に示す膜厚センサは、円周上に並んだ複数個の水晶振動子６１を有する。そのうち１個の水晶振動子６１をレート検出に用いる。２個以上の水晶振動子６１を用いてもよい。水晶振動子６１への付着量がある一定量を超えたら、リテール６２を回転させて新しいクリスタルでレートを検出する。このように複数個のクリスタルを利用することにより、真空チャンバを大気開放することなく膜厚センサを長期間使用し続けることができる。
【００４７】
水晶振動子６１の周辺部に成膜材料が付着することを防止するため、膜厚モニタは筒状のシールドで水晶振動子６１の周辺を覆うことで、水晶振動子に入射する蒸気の指向性の分解能を向上させることができる。この結果、ターゲットとする坩堝からの成膜レートを的確に計測することができる。
【００４８】
所定期間の連続成膜を行った後は、メンテナンスが行われる。メンテナンスの際には、ヒーターの温度を下げ、チャンバ内を大気開放する。材料補給、付着した成膜材料の除去、水晶振動子の交換などのメンテナンス作業を行う。膜厚センサのメンテナンスでは、材料が多量に付着した水晶振動子を新たなものに交換する。
【００４９】
メンテナンス後は、チャンバ内を再び真空引きし、ヒーターに電力を投入し、段階的に坩堝を昇温する。通常、連続成膜を開始する前に、ダミー基板を投入して、所定の成膜条件で基板上に成膜し、その基板を取り出した後に、エリプソメータなどの膜厚計測器で膜厚を測定した結果から、膜厚センサの動作確認をする。
【００５０】
しかしながら、メンテナンス後に成膜レートの再現性を確認すると、膜厚センサのメンテナンス前後で、ダミー基板に成膜された膜厚分布に変化が生じることがある。多くの場合、膜厚センサのメンテナンス前後の変化は、人為的な操作（膜厚センサのメンテナンスによって、クリスタルの交換、絞りの取り付け、膜厚センサの配置調整などが膜厚センサに影響を及ぼし、計測レートを変化させる。）が入ることに起因する。
【００５１】
もし膜厚モニタから検出される数値と基板に成膜された膜厚に差異が生じた場合には、例えば、第１膜厚センサ（第１センサ）の出力値に補正（ツーリングファクターなど）をする、あるいはヒーターへの電力制御を再調節することにより、前述の膜厚変化分を補正する必要がある。
【００５２】
図３は、メンテナンス前後に膜厚分布に変化が生じた場合の、ダミー基板の膜厚測定結果を示す模式図である。左図はメンテナンス前に測定した膜厚分布、右図はメンテナンス後に測定した膜厚分布である。横軸に基板の表面の座標をとり、縦軸に膜厚をとっている。
【００５３】
これらは、４個の蒸発源を長手方向に並べた蒸発源ユニットを用いることによって得られた薄膜のある断面での膜厚分布である。左図と比べて、右図の膜厚分布の均一性が低下している。このように一部の膜厚センサの動作が変化した結果、装置仕様を満たさない膜となる場合がある。
【００５４】
もし膜厚モニタから検出される数値と、基板に成膜された膜厚とに差異が生じた場合には、従来の方法では、ダミー基板へ成膜した膜厚を測定し、膜厚均一性が仕様を満たすことを確認するまで補正を繰り返す必要があった。また、従来方式では、ダミー基板に成膜した膜厚分布を測って確かめるまで、メンテナンス前と同等の条件で膜厚センサが動作しているかを判定する有効な手段が存在しなかった。
【００５５】
本発明では、連続成膜を開始する前に、第２センサによって成膜レートを測定し、第１センサの動作検査をすることを特徴とする。第２センサは、第１センサとは異なる位置から成膜レートを計測する。
【００５６】
図７は、蒸発源ユニットの待機位置の例を示したものである。
【００５７】
本図においては、水平方向に配置された複数個の蒸発源３は、基板２よりも低い位置に待機位置を有している。蒸発源３は、成膜処理の際は、鉛直方向に移動可能であり、成膜処理を終了すると、待機位置に戻り、次の処理を待つことになる。この待機位置において、必要に応じて、第２センサによる第１センサの補正をすることができる。
【００５８】
本実施例では、図７で示すように、蒸発源３は、基板２の下降端の待機位置でシャッターを開き（シャッターの開閉機構は省略する。）、第２センサは蒸発源３と対応する基板２付近の位置にある。
【００５９】
第２センサは長手方向（Ｘ方向）に移動しながら各蒸発源ユニットの成膜レート検出位置まで移動し、成膜レートを検出する際には、第２センサと蒸発源ユニットが相対的に静止した状態で成膜レートを検出する。そのため、常に安定した成膜レートを検出することが出来る。第１センサと第２センサとの検出値の比率が前回の比率と異なる場合には、第１センサに異常ありと判定する。
【００６０】
第２センサは、その検出面が基板表面と同じ平面内（蒸発源と基板との間隔が概略同じ）に設置されると、基板への成膜レートを直接計測できるので好ましい。同時に、第２センサは測定対象とする蒸発源の坩堝開口部に対して、正面から成膜レートを測定するのが好ましい。
【００６１】
膜厚モニタは、坩堝からの熱輻射に曝されるため、常時水冷が施されているが、水晶振動子は、坩堝から蒸気とともに輻射熱を受け取る。水晶振動子は、温度変化によって周波数特性が変化し、計測誤差を生じやすい。また、検出した成膜レートが安定化するまで、個体差にもよるが数十秒の時間が掛かる。したがって、従来方法に見られた第１センサ及び第２センサの協調作業を逐次的なレート制御に適用しようとすると、十分な計測時間が必要であったために、連続成膜においてはタクトタイムを犠牲にしていた。
【００６２】
本発明では、成膜レートを検出する位置で、第２センサと蒸発源ユニットが相対的に一時停止した状態で、成膜レートを計測するため、安定化した数値を検出することができる。また、本発明では、第１センサと第２センサとの組合せは、レート制御のために頻繁に用いるのではなく、メンテナンス後における膜厚センサの検査に限定して用いられるため、タクトタイムへの影響を気にする必要はほとんどない。
【００６３】
図４は、蒸発源ユニットの変形例を示したものである。
【００６４】
本図においては、複数個の蒸発源３が水平方向に配置された蒸発源ユニットを鉛直方向に配置され、多段蒸発源ユニット４３を構成している。この場合、第２センサ６は、水平方向８だけでなく、鉛直方向４８にも移動可能となっている。これにより、１個の第２センサ６を用いて、多段蒸発源ユニット４３のそれぞれの蒸発源３に設けられている第１センサ５の補正をすることができる。
【００６５】
図５は、蒸発源ユニットの変形例を示したものである。
【００６６】
本図においては、複数個の蒸発源３が水平方向に配置された蒸発源ユニット１３に１個の第２センサ６が支持部材５１を介して水平方向８に移動可能に設置されている。蒸発源ユニット１３は、第２センサ６を伴って鉛直方向に移動可能であり、基板への成膜ができるようになっている。
【００６７】
この変形例においては、第２センサ６が水平方向８に移動することにより、それぞれの蒸発源３に設けられている第１センサ５の補正をすることができる。
【００６８】
本発明によれば、成膜レートの制御を第２センサによるメンテナンス前後に制限しているため、第２センサのクリスタルは、常時補正をする第１センサと比べて、材料付着量が少なく、交換による人的操作が介入する頻度も少ない。このため、長時間安定した動作が可能である。さらに、本発明によれば、２個以上のクリスタルを有する第２センサによってそれぞれの第１センサを制御することが可能であり、信頼性の高い成膜レートの制御を実現することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１：真空チャンバ、２：基板、３：蒸発源、４：基板受け渡し部、５：第１センサ、６：第２センサ、７：鉛直方向、８：水平方向。
【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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