(57)【要約】【課題】  蒸着膜を形成する場合、形成される蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる蒸着装置を提供する。【解決手段】  内部に被処理基板を保持する処理容器と、前記被処理基板に蒸着する蒸着材料を保持する蒸着源と、を有する蒸着装置であって、前記処理容器内に堆積した蒸着膜の膜厚を測定する測定手段を有し、前記測定手段は、前記蒸着膜に光を照射することで前記膜厚を測定することを特徴とする蒸着装置【選択図】  図１
2006176831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被処理基板を保持する処理容器と、
前記被処理基板に蒸着する蒸着材料を保持する蒸着源と、を有する蒸着装置であって、
前記処理容器内に蒸着した蒸着膜の膜厚を測定する測定手段を有し、
前記測定手段は、前記蒸着膜に光を照射することで前記膜厚を測定することを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記光はレーザ光であることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記光は、前記処理容器内の前記被処理基板近傍の前記蒸着膜に照射されることを特徴とする請求項１または２記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記測定手段は、エリプソメータであることを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の蒸着装置。
【請求項５】
前記測定手段は、前記蒸着膜に前記光を照射する光照射手段と、
当該光の照射よる前記蒸着膜の発光の、発光強度を測定する発光測定手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の蒸着装置。
【請求項６】
前記発光の分光を行う分光手段を有することを特徴とする請求項５記載の蒸着装置。
【請求項７】
前記発光強度に対応して、前記蒸着源を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項５または６項記載の蒸着装置。
【請求項８】
前記制御は、前記蒸着源に設けられた加熱手段の制御であることを特徴とする請求項７記載の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着装置に係り、特には膜厚測定手段を有する蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば被処理基板の表面に薄膜などを形成する方法の一例としては、蒸着法がある。蒸着法とは、例えば気化または昇華された蒸着原料を、被処理基板上に蒸着させることで薄膜を形成する方法である。
【０００３】
例えば、蒸着法によって形成される薄膜としては、有機エレクトロミネッサンス（以下ＥＬと表記する）素子に用いられる薄膜がある。有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、小型化が容易であって、消費電力が小さく、面発光が可能であり、液晶ディスプレイと比較して印加電圧を大幅に低減できるため、フラットディスプレイ等の各種表示装置での利用が注目されている。
【０００４】
例えば、有機ＥＬ素子は、陽極と陰極の間に発光層が形成された構造を有している。当該発光層は、電子と正孔との再結合により発光する層であり、発光層には、例えば、多環芳香族炭化水素、ヘテロ芳香族化合物、有機金属錯体化合物等の材料を用いることが可能であり、上記の材料は蒸着法により、形成することが可能である。また、必要に応じて陽極と発光層の間、または陰極と発光層の間に、例えば正孔輸送層、または電子輸送層など発光効率を良好とするための薄膜を形成することも可能であり、これらの層も蒸着法により、形成することが可能である。
【０００５】
この場合、上記の薄膜の形成に用いる蒸着装置は、例えば内部を減圧状態に保持可能な処理容器と、当該処理容器内に設置された、蒸着原料を気化または昇華させる蒸着源とを備えた構造を有しており、蒸着源から気化または昇華された蒸着原料が被処理基板に蒸着されるように構成されている。
【特許文献１】特開２０００−２８２２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、蒸着装置により薄膜を形成する場合、蒸着源より気化または昇華する蒸着原料の量を制御することが困難であるという問題が生じていた。
【０００７】
これは、蒸着源より気化または昇華する、単位時間当たりの蒸着原料の量が、例えば、時間経過や、蒸着源に保持される蒸着原料の量、または蒸着源の温度の僅かな変化に応じて変化してしまうため、これらの諸条件の変化を感知することが難しく、実際にどれだけの量の蒸着原料が蒸着源から気化または昇華しているかを正確に把握することが困難であるために生じる問題である。このため、蒸着膜の成膜速度を安定させることが困難であり、複数の被処理基板に蒸着膜を形成する場合、成膜速度が変化して膜厚にばらつきが生じてしまい、膜厚の制御性に問題が生じていた。
【０００８】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な蒸着装置を提供することを目的としている。
【０００９】
本発明の具体的な課題は、蒸着膜を形成する場合、形成される蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる蒸着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を、請求項１に記載したように、
内部に被処理基板を保持する処理容器と、
前記被処理基板に蒸着する蒸着材料を保持する蒸着源と、を有する蒸着装置であって、
前記処理容器内に蒸着した蒸着膜の膜厚を測定する測定手段を有し、
前記測定手段は、前記蒸着膜に光を照射することで前記膜厚を測定することを特徴とする蒸着装置により、また、
請求項２に記載したように、
前記光はレーザ光であることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置により、また、
請求項３に記載したように、
前記光は、前記処理容器内の前記被処理基板近傍の前記蒸着膜に照射されることを特徴とする請求項１または２記載の蒸着装置により、また、
請求項４に記載したように、
前記測定手段は、エリプソメータであることを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の蒸着装置により、また、
請求項５に記載したように、
前記測定手段は、前記蒸着膜に前記光を照射する光照射手段と、
当該光の照射よる前記蒸着膜の発光の、発光強度を測定する発光測定手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の蒸着装置により、また、
請求項６に記載したように、
前記発光の分光を行う分光手段を有することを特徴とする請求項５記載の蒸着装置により、また、
請求項７に記載したように、
前記発光強度に対応して、前記蒸着源を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項５または６項記載の蒸着装置により、また、
請求項８に記載したように、
前記制御は、前記蒸着源に設けられた加熱手段の制御であることを特徴とする請求項７記載の蒸着装置により、解決する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蒸着膜を形成する場合、形成される蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる蒸着装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１による蒸着装置を模式的に示した図である。
【００１４】
図１を参照するに、本実施例による蒸着装置１０は、内部に処理空間１１Ａが画成された処理容器１１と、当該処理空間１１Ａに設置された、基板保持機構１２と蒸着源１３を有している。また、前記処理容器１１には、前記処理空間１１Ａを真空排気するための排気口１１Ｂが形成され、当該排気口１１Ｂは、排気経路１４を介して図示を省略する排気手段が接続され、前記処理空間１１Ａを減圧状態とすることが可能な構成になっている。
【００１５】
さらに前記処理容器１１には、ゲートバルブ１５が設けられた基板搬送口１１Ｃが形成され、当該ゲートバルブ１５を開放することで、例えば図示を省略する搬送装置によって、前記処理空間１１Ａより被処理基板を搬出する、または前記処理空間１１Ａに被処理基板を搬入することが可能に構成されている。前記処理空間１１Ａに搬入された被処理基板は、前記基板保持機構１２に保持される。
【００１６】
前記基板保持機構１２は、前記処理容器１１内に配設され、例えば、ガイド部材１２Ｃと、支持体１２Ｂと、被処理基板Ｗを保持する基板保持部１２Ａと、図示していない駆動装置とを有した構成とされている。前記支持体１２Ｂの一方の端部は、前記被処理基板Ｗに略平行な方向に移動可能な状態で前記ガイド部材１２Ｃに支持されており、他方の端部には、前記基板保持部１２Ａが前記支持体１２Ｂと一体的に配設されている。図示していない駆動装置は、前記支持体１２Ｂと共に前記基板保持部１２Ａを被処理基板と略平行な方向に移動させるためのものである。
【００１７】
前記蒸着源１３には、例えば液体または固体の蒸着原料Ｓが保持される。被処理基板に蒸着を行う場合には、例えばヒータよりなる、電源１６に接続された加熱手段１３Ａにより、保持された蒸着原料Ｓが加熱され、蒸着原料Ｓを気化または昇華させる構造になっている。気化または昇華した蒸着原料は前記処理空間１１Ａに滞留し、前記基板保持機構１２に保持された被処理基板Ｗの表面を含む、前記処理容器１１内に蒸着して蒸着膜が形成される。
【００１８】
この場合、前記基板保持機構１２により、前記被処理基板Ｗを移動させながら蒸着を行うようにすると、前記被処理基板Ｗの面内での蒸着膜の均一性が良好となり、好適である。また、この場合、前記基板保持部１２Ａが基板と略平行に移動することに加えて、基板保持部１２Ａが回転するようにしてもよく、蒸着膜の被処理基板での面内均一性がさらに良好となる。
【００１９】
しかし、従来は、被処理基板上に形成される蒸着膜の膜厚の制御性に問題が生じる場合があった。これは、蒸着源より気化または昇華する単位時間当たりの蒸着原料の量（気化速度または昇華速度）は、例えば、蒸着源に保持される蒸着原料の量、または蒸着源の温度の僅かな変化、その他時間経過による蒸着装置の諸条件の微妙な変化などに応じて変化してしまう場合があるため、これらの諸条件の変化に対応することが困難であったためである。
【００２０】
そこで、本実施例による蒸着装置１０では、前記処理容器１１内に蒸着した蒸着膜の厚さを測定する膜厚測定手段２０を設けている。前記膜厚測定手段２０により、前記処理容器１１内に蒸着された蒸着膜の膜厚を測定することが可能となるため、前記蒸着装置１０により、被処理基板上に所望の膜厚の蒸着膜を形成することが可能となり、蒸着膜を形成する場合の当該蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる。例えば、所望の膜厚となるように、成膜時間を変更または調整することが可能である。さらに、本実施例による成膜装置では、時間あたりの膜厚の変化率を測定することで、気化速度または昇華速度の変化に大きく依存する蒸着膜の成膜速度を把握することが可能となるため、例えば、前記加熱手段１３Ａによる前記蒸着原料Ｓの加熱量を変更するなど成膜に係る様々な条件を変更して所望の成膜速度となるように、または所望の膜厚となるように蒸着装置を制御することが可能になる。このため、形成される蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる効果を奏する。
【００２１】
また、本実施例による前記膜厚測定手段２０は、後述するように、前記処理容器１１内に蒸着した蒸着膜に光を照射することで、当該蒸着膜の膜厚を測定することを特徴としている。そのため、例えば水晶振動子などを用いた膜厚測定方法と比較した場合、膜厚測定手段に蒸着膜が堆積しないために、膜厚測定手段へ堆積した蒸着膜を除去する必要が無く、膜厚測定手段のメンテナンスが容易となる特長を有している。また、直接処理容器内の蒸着膜に測定器具などを接触させる必要がない、いわゆる非接触の測定であるため、処理容器内の構造を単純とし、また、処理容器内において蒸着膜の剥離に起因するパーティクルの発生の原因となることが無く、処理容器内を清浄に保持することが可能となる。
【００２２】
上記のように蒸着膜に光を照射することにより、当該蒸着膜の膜厚を測定する方法は様々あるが、その一例として本図に示した膜厚測定手段２０は、いわゆるエリプソメトリ（偏光解析法）を用いている。エリプソメトリとは、測定対象膜にレーザなどの光を照射し、当該測定対象膜の表面より反射する光の偏光状態の変化を解析することにより、当該測定対象膜の膜厚などを求める方法であり、この方法を用いた各種測定器など、例えば膜厚測定手段はエリプソメータと呼ばれている。
【００２３】
図１に示した本実施例による膜厚測定手段２０は、例えば、前記処理容器１１内の蒸着膜にレーザ光などの光を照射する光照射手段２１と、蒸着膜で反射する反射光の検出を行う検出手段２２とを有している。前記光照射手段２１は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザを発する光源２１Ａと、偏光子２１Ｂとを有しており、前記検出手段２２は、検光子２２Ａを有している。また、前記処理容器１１には、前記光照射手段２１から発するレーザ光を透過させるためのポート１１Ｄと、当該レーザ光の蒸着膜での反射光を透過させるためのポート１１Ｅが、それぞれ前記光照射手段２１と前記検出手段２２に対応する位置に形成されている。また、前記検出手段２２には、前記反射光から蒸着膜の膜厚を演算により算出するための演算手段２３が接続されている。
【００２４】
前記膜厚測定手段２０によって、前記処理容器１１内に形成された蒸着膜の膜厚を測定する場合には、まず、前記光照射手段２１によって処理容器内の蒸着膜にレーザ光が照射され、当該蒸着膜によって反射された反射光が前記検出手段２２によって検出され、レーザ光の偏光状態の変化が前記演算手段２３によって解析され、蒸着膜の膜厚が算出される。
【００２５】
また、前記光照射手段２１によってレーザ光が照射される、蒸着膜の測定点は、様々に設定することが可能であるが、例えば、前記被処理基板Ｗの近傍の、例えば被処理基板Ｗを保持する基板保持部１２Ａに設けると、前記被処理基板Ｗ上に形成される蒸着膜の膜厚との誤差が少なく、好適である。この場合、光照射手段によるレーザ光が前記被処理基板Ｗに直接照射されるようにすることも可能であるが、レーザ光の出力によっては被処理基板上に形成される蒸着膜に影響を与える場合が懸念される。そのため、前記被処理基板Ｗを避けながら、かつ当該被処理基板Ｗの近傍の、例えば前記基板保持部１２Ａに測定点Ｐを設定し、前記光照射手段２１によるレーザ光が照射されるようにすることが好ましい。
【００２６】
前記測定点Ｐは、他にも様々な場所に設定することが可能であり、例えば、前記被処理基板Ｗ上に設定することも可能である。この場合、特に前記被処理基板Ｗ上に形成されるデバイス上に設定すると、実際にデバイス上に形成される膜厚を正確に測定することが可能となり、好適である。この場合は、前記レーザ光の出力を、デバイスに影響を与えない程度に弱めておくことが好ましい。
【００２７】
また、前記測定点Ｐを、前記被処理基板Ｗ上の、例えばデバイスが形成されない端部付近に設定することや、前記被処理基板Ｗ上に設置される、図１では図示を省略するマスク上に設定することも可能である。
【００２８】
また、光を照射することで蒸着膜の膜厚を測定する膜厚測定手段は本実施例の場合に限定されるものではなく、以下に説明するように様々な構造・形式のものを用いることが可能である。
【実施例２】
【００２９】
次に、本発明の実施例２による蒸着装置１０Ａを、模式的に図２に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
本図に示す蒸着装置１０Ａの場合、前記処理容器１１内に形成された蒸着膜の膜厚を測定する膜厚測定手段３０を用いている。本実施例による膜厚測定手段３０は、例えば、前記処理容器１１内の蒸着膜にレーザ光などの光を照射する光照射手段３１と、当該光の照射よる前記蒸着膜の発光の、発光強度を測定する発光測定手段３２とを有している。
【００３１】
例えば、前記処理容器１１内に蒸着される蒸着膜に、光を照射した場合、当該光が当該蒸着膜を構成する材料の禁制帯よりも高いエネルギーを有する場合、当該蒸着膜中に電子・正孔対が生成され、当該電子・正孔対が再結合する場合に蒸着膜に発光が生じる。このような現象をフォトルミネッセンスと呼ぶ場合がある。本実施例による膜厚測定手段では、このような、光の照射による蒸着膜の発光の発光強度から、蒸着膜の膜厚を算出する。
【００３２】
前記光照射手段３１は、例えば、ＡｒイオンレーザまたはＨｅ−Ｃｄレーザなどを発する光源３１Ａを有している。前記検出手段２２は、前記光源３１Ａが発するレーザ光などが蒸着膜に照射されたことによる、当該蒸着膜の発光の発光強度を測定する測定部３２Ａを有している。また、前記処理容器１１には、前記光照射手段３１から発するレーザ光を透過させるためのポート１１Ｄと、当該レーザ光の照射による前記蒸着膜での発光を透過させるためのポート１１Ｅが、それぞれ前記光照射手段３１と前記発光測定手段３２に対応する位置に形成されている。また、前記検出手段３２には、前記発光から蒸着膜の膜厚を演算により算出するための演算手段３３が接続されている。
【００３３】
前記膜厚測定手段３０によって、前記処理容器１１内に形成された蒸着膜の膜厚を測定する場合には、まず、前記光照射手段３１によって処理容器内の蒸着膜に例えばレーザ光などの光が照射されると、当該光の照射よる前記蒸着膜の発光の、発光強度が前記発光検出手段３２によって測定され、当該発光強度より前記演算手段３３によって蒸着膜の膜厚が算出される。
【００３４】
また、前記光照射手段３１によってレーザ光などが照射される、蒸着膜の測定点Ｐは、実施例１の場合と同様に様々な場所に設定することが可能である。
【００３５】
本実施例による膜厚測定は、処理容器内に蒸着される蒸着膜が、光の照射により励起され、発光が生じることが容易な材料であると特に好適であり、例えば有機ＥＬ素子を形成する場合には、このような現象が生じやすい蒸着膜を形成するため、有機ＥＬ素子を形成する場合に特に有効な技術である。
【実施例３】
【００３６】
次に、本発明の実施例３による蒸着装置１０Ｂを、模式的に図３に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３７】
本図に示す蒸着装置１０Ｂの場合、図２に示した実施例２による蒸着装置１０Ａの場合からの変更点は、まず、前記演算手段３３に接続された制御手段３４を有していることである。
【００３８】
前記制御手段３４は、前記演算手段３４によって算出された、処理容器１１内に蒸着された蒸着膜の膜厚、または蒸着膜の成膜速度や、または当該成膜速度の変化などの算出データに対応して、蒸着装置を制御している。例えば、当該算出データに対応して、前記制御装置３４は、前記電源１６の出力を制御し、前記電源１６に接続された加熱手段１３Ａの加熱量を制御する。そこで、前記蒸着源１３から気化または昇華する前記蒸着原料Ｓの量を制御し、蒸着膜の成膜速度を調整することが可能となっている。そのため、成膜速度を安定させて、形成される蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる効果を奏する。
【００３９】
また、前記制御装置３４は、前記基板保持機構１２を制御するように構成してもよい。この場合、前記制御装置によって、前記基板保持部１２の移動速度や移動する量を制御することにより、蒸着膜の成膜速度を制御し、成膜速度を安定させて、形成される蒸着膜の膜厚の制御性を良好とすることができる。
【００４０】
このように、膜厚測定手段によって測定される膜厚や、時間当たりの膜厚の変化率、すなわち成膜速度を測定し、これらの値を制御手段により蒸着装置にフィードバックする装置構成とすることによって、膜厚の制御性が良好となる蒸着装置とすることができる。
【００４１】
また、当該膜厚測定手段によって測定される膜厚や成膜速度は、上記のように蒸着源の設定温度に限らず、例えば、前記制御手段によって、前記被処理基板Ｗの設定温度や、前記処理容器１１内の圧力、または、前記基板保持機構の移動速度の制御にフィードバックすること可能であり、このために、膜厚の制御性が良好であり、膜厚の再現性が良好である蒸着装置とすることができる。
【００４２】
また、本実施例による膜厚測定手段３０Ａは、検出手段３２が、分光手段３２Ｂを有しており、蒸着膜の発光の分光を行う事が可能な構成になっている。蒸着膜の発光は様々な波長の光を含むが、例えば分光を行うことにより、発光のスペクトラムを解析することで、蒸着膜の膜厚が特に強く依存する所定の波長の強度を用いて蒸着膜の膜厚を算出することが可能となり、膜厚の測定の精度が向上する効果を奏する。
【００４３】
上記の蒸着装置を用いて、例えば、前記蒸着源１３に保持される蒸着原料Ｓとして、Ａｌｑ３を用いて、被処理基板に、有機蒸着膜を形成したところ、複数の被処理基板に形成された膜厚のばらつきが、±２％となったことが確認された。
【００４４】
また、本実施例による蒸着装置では、蒸着源が１つの場合を例にとったが、本発明による蒸着装置ではこれに限定されるものではなく、蒸着源を複数設けることが可能であり、様々な蒸着原料を用いて様々な元素を有する蒸着膜を形成することが可能である。また、蒸着装置の構成は本発明の一例であり、上記の装置構成に限定されることなく、様々に装置を構成することが可能であり、例えば膜厚測定手段は任意の場所に設置して用いることが可能であり、また測定点も様々な箇所に設定することが可能である。
【００４５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、蒸着膜を形成する場合、形成される蒸着膜の膜厚の制御性が良好となる蒸着装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１による蒸着装置を模式的に示した図である。
【図２】実施例２による蒸着装置を模式的に示した図である。
【図３】実施例３による蒸着装置を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  蒸着装置
１１  処理容器
１１Ａ  処理空間
１１Ｂ  排気口
１１Ｃ  基板搬送口
１１Ｄ，１１Ｅ  ポート
１２  基板保持機構
１２Ａ  基板保持部
１２Ｂ  支持体
１２Ｃ  ガイド部材
１３  蒸着源
１３Ａ  加熱手段
１４  排気経路
１５  ゲートバルブ
１６  電源
２０，３０，３０Ａ  膜厚測定手段
２１，３１  光照射手段
２１Ａ，３１Ａ  光源
２１Ｂ  偏光子
２２  検出手段
２２Ａ  検光子
２３，３３  演算手段
３２  発光測定手段
３２Ａ  測定部
３２Ｂ  分光手段
３４  制御手段
【図１】
2006176831.tif 000003
【図２】
2006176831.tif 000004
【図３】
2006176831.tif 000005