(57)【要約】【課題】複数の基板を長時間に渡って連続的に成膜しても、基板間の膜厚均一性を低下させずに成膜できる真空蒸着装置を提供する。【解決手段】本発明による真空蒸着装置は、基板２上に蒸着させる蒸着材料を格納する坩堝を備え、蒸着材料の蒸気を放出する蒸発源３と、坩堝内の蒸着材料の量を求める算出部７と、坩堝内の蒸着材料の量に基づいて、基板２に到達する蒸着材料の分布を制御する制御部８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に蒸着させる蒸着材料を格納する坩堝を備え、前記蒸着材料の蒸気を放出する蒸発源と、
前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求める算出部と、
前記坩堝内の前記蒸着材料の量に基づいて、前記基板に到達する前記蒸着材料の分布を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸発源から前記基板へ放出される前記蒸着材料の蒸気を遮蔽するための板状部材と、
前記蒸着材料の蒸気の蒸着レートを検出する検出部と、をさらに備え、
前記算出部は、前記蒸着レートに基づいて前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求め、
前記制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料の量に基づいて前記板状部材を移動させることで、前記基板に到達する前記蒸着材料の分布を制御する請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項３】
複数の前記検出部を備え、
前記算出部は、複数の前記検出部が検出した複数の前記蒸着レートに基づいて、前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求める請求項２記載の真空蒸着装置。
【請求項４】
複数の前記蒸発源を備え、
複数の前記蒸発源を載せ置くとともに、これらの蒸発源の位置を移動させて蒸着に用いる前記蒸発源を入れ替える交換部をさらに備え、
前記算出部は、蒸着に用いる前記蒸発源の前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求め、前記交換部による前記蒸発源の入れ替えの際には、保持している入れ替え前の蒸発源の前記蒸着材料の量の情報を、入れ替え後の蒸発源の前記蒸着材料の量の情報に更新する請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項５】
前記坩堝に前記蒸着材料を供給する材料供給部と、
前記蒸着材料の蒸気の蒸着レートを検出する検出部と、をさらに備え、
前記算出部は、前記蒸着レートに基づいて前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求め、
前記制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料の量に基づいて前記材料供給部を制御して前記坩堝に前記蒸着材料を供給することで、前記基板に到達する前記蒸着材料の分布を制御する請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項６】
前記蒸発源から前記基板へ放出される前記蒸着材料の蒸気を遮蔽するための板状部材と、
少なくとも前記坩堝の重量を測定する重量計測部と、をさらに備え、
前記算出部は、前記坩堝の重量に基づいて前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求め、
前記制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料の量に基づいて前記板状部材を移動させることで、前記基板に到達する前記蒸着材料の分布を制御する請求項１記載の真空蒸着装置。
【請求項７】
前記基板に垂直な軸の周りに前記基板を回転させる基板回転部をさらに備え、
前記制御部は、前記軸と交差する方向の軸の周りに前記板状部材を回転移動させる請求項２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ディスプレイや有機ＥＬ照明などに用いられる有機ＥＬ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、及び電子注入層などを積層した多層構造を、陽極と陰極からなる電極対で挟み込んだ構造を持つ。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、有機ＥＬ素子は発光する。
【０００４】
発光層を形成するのに用いられる有機材料には、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、発光層を形成する。その他の層を形成する際にも真空蒸着が用いられる。有機ＥＬ素子の性能向上のために、共蒸着によるドーピングや合金化も行われている。
【０００５】
真空蒸着に用いられる蒸発源は、真空チャンバ内に設置され、蒸着材料を封入する坩堝と、坩堝を加熱するヒーターと、坩堝及びヒーターなどを格納するハウジングと、ハウジングに設けられ蒸着材料を噴出する開口部とを有する。蒸発源は、ヒーターにより加熱された坩堝が蒸着材料を蒸発または昇華させ、気化した蒸着材料を開口部から真空チャンバ内に設置した基板上へ噴射することで、基板を成膜して各層を形成する。カラー表示の有機ＥＬ素子を作成するには、基板とメタルマスクをアライメントした状態で、異なる発光をする有機ＥＬ材料を画素ごとに蒸着させて成膜する。
【０００６】
有機ＥＬ素子のような薄膜デイバスでは、膜厚がデバイスの特性に大きな影響を及ぼすため、基板上に成膜された薄膜の膜厚均一性は、品質や信頼性向上のために重要である。基板上に成膜される膜厚分布の均一性を向上するために、様々な技術が開発されている。例えば、蒸発源または基板を移動・回転させることで膜厚均一性を向上させる技術や、蒸発源と基板の間に膜厚補正板を設置することで基板上の膜厚均一性を向上させる技術が知られている。
【０００７】
特許文献１には、膜厚の設計自由度を高めるとともに微調整を容易とする真空蒸着装置が開示されている。特許文献１の請求項１には、「真空槽内に、基板の保持手段と蒸着源とを備える真空成膜装置であって、さらに、該基板の成膜面に該蒸着源に対する遮蔽領域を形成する少なくとも１つの遮蔽部材、該遮蔽部材の駆動源、および、該駆動源の制御装置を備え、該制御装置が、該遮蔽部材が前記遮蔽領域を形成しない状態における該基板の面内膜厚分布の実測値または計算値および該基板の面内膜厚分布の目標値を予め記憶しておく記憶手段、並びに、該記憶手段に入力された各値に基づいて、該基板上の各点の位置（以下、「基板位置」という）に対応する成膜時間を算出し、該成膜時間に基づいて該駆動源の操作量を決定する演算手段からなり、該駆動源が該操作量に基づいて前記遮蔽領域の位置を移動させて所望の面内膜厚分布を得るよう構成されたことを特徴とする真空成膜装置」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１０７０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
真空蒸着装置を有機ＥＬ素子の量産に使用する場合には、長時間に渡って、真空チャンバを大気に開放することなく、複数の基板を連続的に成膜し続ける必要がある。長時間の成膜を続けると、最初に坩堝の中に充填されていた蒸着材料が次第に減少する。これに伴い、蒸着材料の坩堝から基板へ向かう分布（蒸着材料の放出分布）が変化し、複数の基板の連続成膜中に基板間で膜厚分布が変化していく。その結果、基板間で膜厚均一性が低下していくという課題がある。特許文献１には、基板上に成膜される膜厚分布の設計自由度を高める技術が記載されているが、このような課題については考慮されていない。
【００１０】
本発明は、複数の基板を長時間に渡って連続的に成膜しても、基板間の膜厚均一性を低下させずに成膜できる真空蒸着装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による真空蒸着装置は、基板上に蒸着させる蒸着材料を格納する坩堝を備え、前記蒸着材料の蒸気を放出する蒸発源と、前記坩堝内の前記蒸着材料の量を求める算出部と、前記坩堝内の前記蒸着材料の量に基づいて、前記基板に到達する前記蒸着材料の分布を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の基板を長時間に渡って連続的に成膜しても、基板間の膜厚均一性を低下させずに成膜できる真空蒸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図。
【図２Ａ】成膜を開始する前の、蒸発源の内部構造の概略を示す断面図と、坩堝内の蒸着材料の量に対応する基板上の膜厚分布を模式的に示す図。
【図２Ｂ】連続成膜を長時間続けた後の、蒸発源の内部構造の概略を示す断面図と、坩堝内の蒸着材料の量に対応する基板上の膜厚分布を模式的に示す図。
【図３】坩堝内の蒸着材料の量の膜厚分布への影響を示すシミュレーション結果を示すグラフ。
【図４】実施例２による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図。
【図５】実施例３による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図。
【図６】実施例４による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図。
【図７】実施例５による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図。
【図８】実施例５による真空蒸着装置の蒸発源の内部構造の概略と材料供給部とを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明による真空蒸着装置の実施例を説明する。以下では、本発明による真空蒸着装置を有機ＥＬ素子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、本発明は、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及び修正が可能である。なお、上記した以外の、本発明が解決しようとする課題と、本発明の構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図である。真空蒸着装置は、真空チャンバ１、開口部を有する蒸発源３、シャッター４、検出部５、膜厚制御部６、算出部７、制御部８、及びレート制御部１６を備え、蒸発源３の開口部から基板２上に蒸着させる蒸着材料の蒸気を放出して基板２に成膜する。蒸発源３、シャッター４、膜厚制御部６、及び基板２は、真空に維持された真空チャンバ１内に配置される。本実施例では、一例として、基板２を回転させて膜厚均一性を向上させる成膜方式について説明する。基板２は、真空チャンバ１内に略水平に設置され、基板２の略垂直方向に回転軸１７を有する基板回転部１８により、回転軸１７の周りに回転する。なお、垂直方向とは鉛直方向（図１の上下方向）であり、水平方向とは、鉛直方向に直交する方向である。蒸発源３、シャッター４、検出部５、膜厚制御部６、算出部７、制御部８、及びレート制御部１６の詳細については、後述する。
【００１６】
図１に示した基板２と蒸発源３の幾何学的配置では、基板２上の蒸発源３に近い場所では膜厚が厚く、蒸発源３から遠い場所では膜厚が薄く成膜される。そこで、基板２を回転させることで、基板２の膜厚分布を均一化できることが知られている。基板２の回転軸１７の位置は、特に限定されない。ただし、回転軸１７が基板２の略重心を通る場合には、膜厚分布の回転軸１７に対する略回転対称性が保証されるので、膜厚分布を均一にするのに優位である。基板２は、成膜中に少なくとも１回以上、回転する。
【００１７】
膜厚制御部６は、制御部８によって移動（回転移動と平行移動の一方または両方）させられ、蒸発源３から基板２へ向かって放出される蒸着材料の蒸気の少なくとも一部を遮蔽し、基板２に到達する蒸着材料の分布を制御する部材である。従って、膜厚制御部６によって、基板２上に成膜される膜厚分布の均一性を改善することが可能である。膜厚制御部６は、例えば扇型の板状部材であり、膜厚補正板などとも呼ばれる。なお、膜厚制御部６は、基板２の回転軸１７と交差する方向を向いた回転軸（回転軸１７とは平行でない回転軸）の周りに回転する。このような向きに回転することで、基板２に到達する蒸着材料の分布を効果的に制御することができる。
【００１８】
シャッター４は、その開閉動作によって、蒸発源３の開口部から基板２へ向かう蒸着材料の蒸気の放出を制御することができる。シャッター４を閉じると、蒸発源３の開口部から基板２上の各点へ向かう仮想的な直線の全てとシャッター４が交差し、蒸発源３の開口部から基板２へ向かう蒸着材料の蒸気がシャッター４で遮られ、基板２が蒸着されなくなる。シャッター４が開くと、蒸発源３の開口部から基板２上の各点へ向かう仮想的な直線とシャッター４が交差せず、蒸着材料の蒸気は蒸発源３の開口部から基板２へ到達し、基板２が蒸着される。シャッター４の開閉によって、基板ごとに成膜時間を制御することができ、所望の膜厚を得ることができる。
【００１９】
なお、図１では、１つのシャッター４が蒸発源３に直接取り付けられている例を示した。本発明は、この態様に限られるものではなく、蒸発源３に複数のシャッター４を取り付けてもよい。また、シャッター４は、蒸発源３に直接取り付けず、蒸発源３と分離して設けてもよい。
【００２０】
検出部５は、蒸着レートを検出する一般的なレートセンサであり、蒸着レートを監視する。蒸着レートは、蒸着速度や成膜レートともいい、成膜の速度を表す。検出部５には、例えば、膜厚センサを用いることができる。検出部５は、蒸発源３から検出部５へ向かう蒸気がシャッター４に遮られることがないように、蒸発源３の開口部から検出部５へ向かう仮想的な直線とシャッター４とが交差しないような位置に配置する必要がある。検出部５が検出した蒸着レートは、レート制御部１６に伝達される。
【００２１】
レート制御部１６は、検出部５が検出した蒸着レートが予め定めた所定の数値または数値範囲となるように、蒸発源３が備えるヒーターへの投入電力をフィードバック制御する。蒸発源３は、後述するようにヒーターで蒸着材料を加熱して蒸気とし基板２に蒸着するので、レート制御部１６に制御されて、放出する蒸気の量（蒸着レート）を変えることができる。真空蒸着装置は、検出部５とレート制御部１６により、蒸着レートが一定となるような安定したレート制御を行うことができる。基板２上の膜厚を均一にするためには、安定したレート制御が必要である。
【００２２】
なお、垂直方向に対する、蒸発源３の開口部から検出部５へ向かう角度は、蒸発源３の開口部から基板２の回転中心へ向かう角度θと略等しくするのが好ましい。基板２の回転軸１７は、回転の固定点であり、基板２が回転しても常に略同量の蒸着材料が蒸着し、膜厚制御部６による蒸着材料の分布制御の影響を受けない。このため、これらの角度を略等しくすると、検出部５の検出値が略一定に保つようにレート制御をすることで、基板２の回転中心での蒸着レートを略一定に保つことができる。
【００２３】
次に、本実施例による真空蒸着装置での成膜過程の概略を述べる。初めに、１枚の基板２を、真空チャンバ１内に搬送し、マスクとのアライメントを行い、基板ホルダに取り付けて回転軸１７の周りに回転させる。シャッター４を開いて蒸着を開始し、所定時間だけ基板２に成膜する。成膜が終了したら、シャッター４を閉めた後、基板２の回転を止める。その後、基板２を基板ホルダから取り外し、真空チャンバ１の外へ搬出する。以上の工程を繰り返して、複数の基板２に対して連続的に成膜を行う。連続成膜後は、真空チャンバ１を大気開放し、メンテナンスを行う。メンテナンスは、蒸着材料１０の補給や、シャッター４及び膜厚制御部６に付着した蒸着材料１０の除去などを必要に応じて行う。
【００２４】
図２Ａと図２Ｂは、蒸発源３の内部構造の概略を示す断面図と、坩堝９内の蒸着材料１０の量に対応する基板２上の膜厚分布を模式的に示す図である。図２Ａと図２Ｂにおいて、下図は、蒸発源３の内部構造の概略を示す断面図であり、上図は、坩堝９内の蒸着材料１０の量に対応する基板２上の膜厚分布を模式的に示す図である。
【００２５】
図２Ａと図２Ｂの下図に示すように、蒸発源３は、基板２上に蒸着させる蒸着材料１０を格納する坩堝９、坩堝９を加熱するヒーター１１、これらを格納するハウジング１２を備える。図２Ａは、成膜を開始する前の蒸発源３の状態（状態Ａ）を示す。図２Ｂは、連続成膜を長時間続けた後の蒸発源３の状態（状態Ｂ）を示し、坩堝９の中に格納されていた蒸着材料１０の量が、図２Ａの状態よりも減少している。
【００２６】
図２Ａと図２Ｂの上図において、縦軸は基板２上の膜厚を模式的に示しており、基板２内の横方向の位置（横軸）は、下部に示した坩堝９の位置に対応している。図２Ｂに示した状態Ｂの膜厚分布は、図２Ａに示した状態Ａの膜厚分布よりも、坩堝９の開口部の中心に近い位置が集中的に厚くなっている。
【００２７】
蒸着材料１０には有機材料、無機材料、及び金属材料などが用いられ、蒸着温度が融点以下か融点以上かによって、蒸着材料１０は昇華系と溶融系に分類される。坩堝９は、抵抗加熱されたヒーター１１からの輻射熱によって加熱され、蒸着材料１０を加熱する。加熱された蒸着材料１０は、昇華または蒸発により気化する。蒸発源３（坩堝９も含む）は、開口部を有し、気化した蒸着材料１０（蒸着材料１０の蒸気）を開口部から基板２に向かって放出する。ハウジング１２は、冷却水などによって冷却される。
【００２８】
連続成膜を長時間続けると、坩堝９の中の蒸着材料１０の量は次第に減少して、図２Ａの状態Ａから図２Ｂの状態Ｂへ変わる。蒸着材料１０が坩堝９の開口部から基板２へ向かって放出される際の分布（蒸着材料１０の放出分布）は、坩堝９内での蒸着材料１０の蒸発面（または昇華面）の位置の影響、すなわち、蒸着材料１０の蒸発面（または昇華面）から坩堝９の開口部までの距離の影響を受けるため、蒸着材料１０の量に依存する。
【００２９】
坩堝９内の蒸着材料１０の量が減少し、図２Ａの状態Ａから図２Ｂの状態Ｂへ変わると、蒸着材料１０の蒸発面（または昇華面）の位置が下がり、蒸着材料１０の蒸発面（または昇華面）から坩堝９の開口部までの距離が長くなる。この結果、蒸発面（または昇華面）から基板２へ放出される蒸気の指向性が高くなる。すなわち、蒸着材料１０の放出分布は、坩堝９内の蒸着材料１０の量が減少すると、坩堝９の開口部の中心に近い位置に蒸着材料１０の蒸気が集中するような分布になる。蒸着材料１０の放出分布は、基板２上の膜厚分布と高い相関があるので、蒸着材料１０の量が減少した場合の基板２上の膜厚分布は、図２Ｂの上部に示すように、坩堝９の開口部の中心に近い位置が集中的に厚くなり、図２Ａの上部に示した蒸着材料１０の量が多い場合の膜厚分布（基板２上に広がった膜厚分布）とは異なる。
【００３０】
従って、従来の真空蒸着装置では、連続成膜中の蒸着材料１０の量の減少に伴い、蒸着材料１０の放出分布が変化するとともに、基板２上に成膜される膜厚分布が複数の基板間で変化して膜厚均一性が低下するという課題がある。
【００３１】
図３は、坩堝９内の蒸着材料１０の量の膜厚分布への影響を示すシミュレーション結果を示すグラフである。図３のグラフは、図２Ａと図２Ｂに示した状態Ａと状態Ｂのそれぞれ場合に対して、基板２に成膜される膜厚分布を求めた場合の計算結果を示している。ノズルと基板の標高差は７４０ｍｍ、基板２の中心（基板の回転軸１７の位置）と蒸発源３の開口部の中心との水平距離は５３０ｍｍとした。
【００３２】
図３のグラフに示すように、状態Ａと状態Ｂの両方で、蒸発源３に近い場所では膜厚が厚く、蒸発源３から遠い場所では膜厚が薄くなる。しかし、基板２内の膜厚均一性は、状態Ａでは３．６４％であるのに対し、状態Ｂでは７．５６％である。このように、坩堝９内の蒸着材料１０の量の変化とともに、蒸着材料１０の蒸気の放出分布が変化し、基板２に成膜される膜厚分布も変化する。この結果として、連続成膜をすると、複数の基板間で、膜厚分布が坩堝９内の蒸着材料１０の量の変化とともに変化し、膜厚均一性は低下する。
【００３３】
本実施例では、坩堝９内の蒸着材料１０の量に基づいて、膜厚制御部６の移動（回転移動と平行移動の一方または両方）を制御し、連続成膜中に生じる複数の基板間での膜厚分布の変化を減らす。
【００３４】
まず、坩堝９内の蒸着材料１０の量を、検出部５と算出部７を用いて算出する。算出方法の一例を以下に述べる。
【００３５】
検出部５は、坩堝９から空間的に放出される蒸気をある特定の方位から観測し、その蒸着レートを検出する。ここでは坩堝９内の蒸着材料１０の量の概算値を算出するのが目的なので、蒸着材料の流量（単位は例えばｋｇ／秒）は、検出部５による蒸着レートの検出値に概略比例すると考えられる。この比例係数は、前もって実験または計算によって定めることができる。従って、検出部５による蒸着レートの検出値から、蒸着材料１０の流量を見積もることが可能である。
【００３６】
算出部７は、検出部５が検出した蒸着レートから蒸着材料１０の流量を求め、蒸着材料１０の減少量と坩堝９内の蒸着材料１０の量を求める。蒸着材料１０の減少量は、流量を時間積算することで得られる。時間積算は、連続的に行っても不連続的に行っても、どちらでもよい。坩堝９内の蒸着材料１０の量は、坩堝９内の蒸着材料１０の量の初期値から蒸着材料１０の減少量を差し引けば算出できる。蒸着材料１０の量は、蒸着材料１０の重量で求めても体積で求めても、どちらでもよい。体積密度が分かれば、重量と体積は換算可能である。また、算出部７は、坩堝２の内部形状の情報を用いることで、蒸着材料１０の量から蒸着材料１０の蒸発面の高さ（坩堝２内での蒸着材料１０の高さ）なども算出可能である。
【００３７】
次に、制御部８は、算出部７が求めた坩堝９内の蒸着材料１０の量と、膜厚制御部６の制御情報とに基づいて、膜厚制御部６を制御する。膜厚制御部６の制御情報には、坩堝９内の蒸着材料１０の量と膜厚制御部６の移動量（移動距離や回転角）との対応についての情報などが含まれる。従って、制御部８は、坩堝９内の蒸着材料１０の量に応じて膜厚制御部６を移動させ、基板２に到達する蒸着材料の分布を制御する。
【００３８】
算出部７及び制御部８は、例えば記憶部と計算部を有するＰＣやマイコンなどから構成される。算出部７の記憶部は、検出部５が検出した蒸着レートから蒸着材料１０の流量を求めるのに用いる比例係数、坩堝９内の蒸着材料１０の量の初期値、及び坩堝２の内部形状の情報など、算出部７が必要とする情報を保持する。制御部８の記憶部は、膜厚制御部６の制御情報など、制御部８が必要とする情報を保持する。また、算出部７の記憶部は、坩堝９内の蒸着材料１０の量とこれに対応する蒸着材料１０の放出分布についての情報も保持することができる。これらの情報は、予め実験や計算で取得したり設定したりして、算出部７や制御部８に予め記憶させておくことが可能である。例えば、坩堝９内の蒸着材料１０の量とこれに対応する蒸着材料１０の放出分布についての情報は、予め実験や計算から取得することが可能であり、膜厚制御部６の制御情報は、予め設定しておくことができる。算出部７の記憶部は、さらに、坩堝９内の蒸着材料１０の量など、求めた情報を保持する。
【００３９】
従って、制御部８は、坩堝９内の蒸着材料１０の量が変化しても、蒸着材料１０の量と膜厚制御部６の制御情報に従って膜厚制御部６を機械的に移動させ、連続成膜中に生じる複数の基板２間での膜厚分布の変化を減らすことができる。例えば、蒸着材料１０の量が予め定めた量より少なくなった場合には、蒸着材料１０の蒸気は蒸発源３の開口部の中心に近い位置にさらに集中するので、膜厚制御部６を移動させて、蒸発源３から蒸発源３の開口部の中心に近い基板２の部分へ向かう蒸着材料１０の蒸気の一部または全部を遮蔽する。このようにして、蒸発源３の開口部の中心に近い基板２の部分に蒸着する蒸着材料１０の量を減らすことができ、複数の基板２間での膜厚分布の変化を減らすことができる。
【００４０】
図３に示したシミュレーション結果から分かるように、基板２上の膜厚は、回転軸１７付近よりも蒸発源３の直上の方が厚くなる。従って、基板２では、回転中心よりも端部で膜厚が厚くなる。従って、基板２上の膜厚分布が図３のようになる場合には、膜厚制御部６は、板状の部材とし、蒸発源３の開口部の中心と基板２の回転中心とを結ぶ仮想的な直線から離れるに従って、面積が増加する形状が好ましい（図１を参照）。例えば、膜厚制御部６を扇型とし、蒸発源３の開口部の中心と基板２の回転中心とを結ぶ仮想的な直線から離れるに従って、面積が比例またはそれ以上の割合で増加するような形状とすることで、複数の基板２上の膜厚分布の均一性をより改善できる。
【００４１】
制御部８が膜厚制御部６を移動させるタイミングは、特に限定されない。例えば、予め定めた複数枚の基板２に成膜するごとに定期的に行ってもよい。膜厚制御部６の設置位置は特に限定されないが、蒸発源３の開口部から基板２の回転中心へ向かう仮想的な直線と交差してはならない。膜厚制御部６とこの仮想的な直線とが交差すると、基板２の回転中心は膜厚制御部６により常に蒸着されなくなるからである。膜厚制御部６の形状は、制御部８に制御され、坩堝９内の蒸着材料１０の量の変化に応じて、基板２に蒸着する蒸着材料１０の蒸気の量を変えることができるものであれば、特に限定されない。
【００４２】
本実施例では、算出部７と制御部８を分離した例を説明したが、これらは一体となっていてもよい。坩堝９内の蒸着材料１０の量の算出方法は、上記の例に限定されるものではなく、数々の方法が可能である。
【００４３】
以上のように、本実施例では、検出部５が検出した蒸着レートに基づいて坩堝９内の蒸着材料１０の量を算出し、この蒸着材料１０の量に基づいて膜厚制御部６を制御し、基板２に蒸着する蒸着材料１０の分布を変えることで、基板２上の膜厚分布を制御する。このように、本実施例による真空蒸着装置では、基板２上の膜厚分布を、坩堝９内の蒸着材料１０の量に基づいて制御することによって、長時間の連続成膜に対して複数の基板２間での膜厚均一性を低下させず、安定して成膜することができる。
【実施例２】
【００４４】
図４は、実施例２による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図である。図４において、図１と同一の符号は、図１と同一のまたは共通の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
【００４５】
本実施例による真空蒸着装置は、実施例１に記載の真空蒸着装置において、坩堝９または蒸発源３の重量を計測する重量計測部１４と、坩堝９内の蒸着材料１０の量を算出する算出部７とを少なくとも備え、重量計測部１４はその計測値を算出部７に送り、算出部７はその計測値に基づいて坩堝９内の蒸着材料１０の量を算出する。
【００４６】
重量計測部１４には、例えば重量計を用いることができる。重量計測部１４と算出部７とは一体化されていてもよい。真空蒸着装置が複数の坩堝９または複数の蒸発源３を有する場合には、１つの重量計測部１４が複数の坩堝９または複数の蒸発源３の重量を計測してもよいし、重量計測部１４を複数備え、１つの重量計測部１４が１つの坩堝９または蒸発源３の重量を計測してもよい。
【００４７】
算出部７は、実施例１では検出部５からの情報を利用していたが、本実施例では重量計測部１４からの情報を利用して、坩堝９内の蒸着材料１０の量を算出する。すなわち、算出部７は、重量計測部１４が計測した坩堝９または蒸発源３の重量の減少量を蒸着材料１０の減少量とし、坩堝９内の蒸着材料１０の量の初期値から蒸着材料１０の減少量を差し引いて、坩堝９内の蒸着材料１０の量を算出する。
【００４８】
その他の構成は、実施例１と同様であり、坩堝９内の蒸着材料１０の量に基づいて、膜厚制御部６は、基板２に蒸着する蒸着材料１０の蒸気の量を変えて基板２の膜厚分布を制御する。また、実施例１と同様に、本実施例でも蒸着レートが一定となるようなレート制御は必要であり、そのために膜厚センサなどの検出部５とレート制御部１６とを備える。
【００４９】
本実施例では、坩堝９または蒸発源３の重量をリアルタイムで計測することが可能であり、この計測値は過去の測定履歴に依存しない。従って、実施例１と比較すると、坩堝９内の蒸着材料１０の量を直接的に算出することができ、より信頼性の高い値を得ることができる。
【００５０】
このように、本実施例による真空蒸着装置では、重量計測部１４の計測値を用いることで、坩堝９内の蒸着材料１０の量をより正確に算出することができ、基板２上の膜厚分布をより精度よく制御することができる。従って、長時間の連続成膜に対して複数の基板２間での膜厚均一性を低下させないようにする効果がさらに大きい。
【実施例３】
【００５１】
図５は、実施例２による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図である。図５において、図１と同一の符号は、図１と同一のまたは共通の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
【００５２】
本実施例による真空蒸着装置は、実施例１に記載の真空蒸着装置において、複数の蒸発源３と、これらの蒸発源３を載せ置いて位置を移動させる交換部１３とを少なくとも備える。交換部１３は、例えば、複数の蒸発源３を載せ置くことができる円盤形状の回転台であって、回転することで各蒸発源３の位置を移動させることができる。本実施例では蒸発源３は２個の場合について説明する。蒸発源３は、３個以上の複数個でも構わない。
【００５３】
本実施例で用いる複数の蒸発源３は、坩堝９内の蒸着材料１０の量が少なくなったら、交換部１３によって各蒸発源３の位置を移動させ、蒸着に用いる蒸発源３を入れ替えることが可能である。従って、真空チャンバ１を大気に開放せずに連続成膜が可能な時間を拡大できる。蒸着に用いる蒸発源３は、シャッター４の開閉動作により、基板２へ向かう蒸着材料の蒸気の放出が制御される。
【００５４】
本実施例では、算出部７は、各蒸発源３に格納されている蒸着材料１０の量の初期値を算出部７の記憶部に予め保持しておき、蒸着に用いられている蒸発源３の坩堝９内の蒸着材料１０の量を求める。また、算出部７は、交換部１３による蒸発源３の入れ替えの際には、保持している入れ替え前の蒸発源３の蒸着材料１０の量の情報を、入れ替え後の蒸発源３の蒸着材料１０の量の情報に更新する。このように交換部１３と算出部７を連携させることで、複数の蒸発源３を備える本実施例の真空蒸着装置でも、実施例１の真空蒸着装置と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本実施例では、複数の蒸発源３を回転により位置を移動させる交換部１３を備える真空蒸着装置の例を説明したが、交換部１３は、回転により複数の蒸発源３の位置を移動させるものだけに限定されない。例えば、直線上に複数の蒸発源３を配置し、蒸発源３をこの直線方向に移動させるような交換部１３を用いることもできる。
【００５６】
また、実施例１と同様に、本実施例でも蒸着レートが一定となるようなレート制御は必要であり、そのために膜厚センサなどの検出部５とレート制御部１６とを備える。本実施例の真空蒸着装置は、検出部５を、１つだけ備えてもよく、蒸発源３の数と同じだけ備えてもよい。検出部５を１つだけ備える場合は、複数の蒸発源３に対して１つの検出部５を使用する。検出部５を蒸発源３の数と同じだけ備える場合は、それぞれの蒸発源３に対してそれぞれの検出部５を切り替えて使用する。
【実施例４】
【００５７】
図６は、実施例４による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図である。図６において、図１と同一の符号は、図１と同一のまたは共通の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
【００５８】
本実施例による真空蒸着装置は、実施例１及び実施例２に記載の真空蒸着装置において、互いに異なる場所に設けられた複数の検出部５を備え、算出部７は、複数の検出部５からの情報を基に、坩堝９内の蒸着材料１０の量を算出する。図６では、一例として、実施例１の真空蒸着装置が２つの検出部５を備える例を示している。
【００５９】
算出部７は、複数の検出部５が互いに異なる場所で検出した複数の蒸着レートを用いて、蒸着材料１０の流量を求める。得られた流量を成膜時間で積算すると、蒸着材料１０の減少量を算出することができる。
【００６０】
複数の蒸着レートから蒸着材料１０の流量を求める方法の一例を説明する。坩堝９の開口部から出る蒸着材料１０の蒸気の放出分布は、実用的にはｃｏｓｉｎｅ関数のべき乗（ｃｏｓθ）＾Ｎを用いた近似式で表すことができる。蒸気の放出分布を立体角θで積分すると流量が得られるので、放出分布を表す式の係数はこの積分で規格化する。複数の検出部５を用いて検出した複数の蒸着レートから、蒸気の放出分布を表す式のべき指数Ｎと流量とを求めることができる。
【００６１】
本実施例による真空蒸着装置は、複数の検出機構５を備え、複数の場所で測定した蒸着レートから蒸着材料１０の流量を求めるので、実施例１の真空蒸着装置と比較して、予め実験または計算によって定めた蒸着レートと流量の比例係数を用いる必要がなく、蒸着材料１０の流量をより精度良く求めることができる。
【００６２】
従って、本実施例では、坩堝９内の蒸着材料１０の量をより正確に算出することができ、基板２上の膜厚分布をより精度よく制御することができる。従って、長時間の連続成膜に対して複数の基板２間での膜厚均一性を低下させない効果がさらに大きい。
【実施例５】
【００６３】
図７は、実施例５による真空蒸着装置の一部を模式的に示す概略図である。図７において、図１と同一の符号は、図１と同一のまたは共通の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
【００６４】
本実施例による真空蒸着装置は、実施例１に記載の真空蒸着装置において、蒸発源３の坩堝９に蒸着材料１０を供給する材料供給部１５を少なくとも備え、膜厚制御部６は、必ずしも備える必要はない。材料供給部１５は、制御部８に制御され、坩堝９へ蒸着材料１０を供給する。材料供給部１５は、制御部８に制御されて坩堝９へ蒸着材料１０を供給できるものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、開閉弁を有するホッパーであり、制御部８に制御されて開閉弁を開くと坩堝９へ蒸着材料１０を供給するものでもよい。
【００６５】
図８は、実施例５による真空蒸着装置の蒸発源３の内部構造の概略と材料供給部１５とを示す断面図である。図８において、図２Ａと同一の符号は、図２Ａと同一のまたは共通の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
【００６６】
実施例１で述べたように、連続成膜を長時間続けると、図２Ａと図２Ｂに示すように、坩堝９内の蒸着材料１０の量が次第に減少する。これに伴い、蒸着材料１０の蒸発面（または昇華面）の位置が変化するため、蒸着材料１０の放出分布も変化する。この結果、連続成膜中に複数の基板２間で膜厚分布が変化する。
【００６７】
本実施例による真空蒸着装置は、材料供給部１５を有し、次に述べるように蒸着材料１０を坩堝９に供給する。算出部７は、坩堝９内の蒸着材料１０の量を、例えば、実施例１から実施例４で述べた方法のいずれかの方法で求める。制御部８は、坩堝９内の蒸着材料１０の量が初期値と比べて予め定めた所定の量だけ減少するたびに、材料供給部１５を制御する。材料供給部１５は、制御部８に制御され、減少量の分の蒸着材料１０を坩堝９内に供給し、坩堝９内の蒸着材料１０の量を初期値と同量または同程度の量にまで増やす。
【００６８】
このようにすると、坩堝９内の蒸着材料１０の量が減少したために、坩堝９の開口部の中心に近い位置に集中するような分布になった蒸着材料１０の放出分布を、開口部の全体に渡って広がりを持つ分布に変えることができ、蒸着材料１０の放出分布を制御することができる。算出部７は、上述の所定の量を、算出部７の記憶部に予め保持しておく。
【００６９】
本実施例の真空蒸着装置は、材料供給部１５を備え、制御部８が坩堝９内の蒸着材料１０の量に基づいて材料供給部１５を制御して坩堝９に蒸着材料１０を供給することで、坩堝９内の蒸着材料１０の量の低下を上述の所定の量の範囲に収めることができる。坩堝９は、一定の範囲内の量（初期値と初期値から上述の所定の量を差し引いた値との間の量）の蒸着材料１０を常に保持することができるので、本実施例の真空蒸着装置では、基板２に到達する蒸着材料１０の分布の変化を抑制することができる。このため、実施例１から実施例４の真空蒸着装置と比較して、基板２に到達する蒸着材料１０の分布を制御する膜厚制御部６などの部材を必ずしも必要としないという利点がある。
【００７０】
以上のように、本実施例の真空蒸着装置は、坩堝９に蒸着材料１０を供給する材料供給部１５を備え、実施例１から実施例４で述べた方法のいずれかの方法で取得した坩堝９内の蒸着材料１０の量に基づいて制御部８が材料供給部１５を制御することで、坩堝９が一定の範囲内の量の蒸着材料１０を常に保持することができるので、連続成膜中に生じる基板２上の膜厚分布の変化を減らすことができる。このようにして、本実施例による真空蒸着装置では、長時間の連続成膜に対して複数の基板２間での膜厚均一性を低下させず、安定して成膜することができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。
【００７２】
また、本発明による制御装置の各構成は、これらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよい。また、これらの一部又は全部は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行するようにして、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル、測定情報、及び算出情報等の情報は、メモリ、ハードディスク、及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、及びＤＶＤ等の記録媒体に記録することができる。よって、本発明による制御装置の各構成は、処理部、処理ユニット、及びプログラムモジュールなどとして、各機能の実現が可能である。
【００７３】
また、各図面において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを記載しており、必ずしも製品として必要な全ての制御線や情報線を記載しているとは限らない。実際の製品では、殆ど全ての構成要素が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１…真空チャンバ、２…基板、３…蒸発源、４…シャッター、５…検出部、６…膜厚制御部、７…算出部、８…制御部８、９…坩堝、１０…蒸着材料、１１…ヒーター、１２…ハウジング、１３…交換部、１４…重量計測部、１５…材料供給部、１６…レート制御部、１７…基板の回転軸、１８…基板回転部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図８】
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