CN109154071B - 薄膜制造装置、薄膜制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够将膜厚传感器长期间使用的技术。使成膜材料（37）的微粒子从成膜源（12）放出，使薄膜在成膜对象物（15）和膜厚传感器（31）上成长，由膜厚传感器（31）求出薄膜的测量成长速度，将测量成长速度与预先设定的基准速度比较，当使电力变化而使测量成长速度接近于基准速度时，使膜厚传感器（31）与放出部（38）之间的闸门（35）开闭，使微粒子到达膜厚传感器（31）的时间变短。在膜厚传感器（31）上成长的薄膜的膜厚比不使闸门（35）开闭的情况薄，所以膜厚传感器（31）的寿命变长。

Description

薄膜制造装置、薄膜制造方法

技术领域

本发明涉及形成薄膜的技术，特别是提供检测薄膜的成长速度的膜厚传感器的可使用期间较长的薄膜制造装置和薄膜制造方法。

背景技术

图3的附图标记100是以往技术的薄膜制造装置，具有真空槽113。在真空槽113的内部配置有蒸发源112。

蒸发源112具有蒸发容器133，被运入到真空槽113的内部的成膜对象基板115经过蒸发容器133的上方位置或被配置到蒸发容器133的上方位置。

蒸发容器133是中空的，在蒸发容器133的中空的内部，配置有由粉体状的有机化合物构成的有机材料137。

在蒸发容器133处设置有加热装置134，加热装置134被连接在成膜电源145上。

由真空排气装置139将真空槽113的内部进行真空排气而形成真空环境，由成膜电源145对加热装置134通电而使其发热，发热的加热装置134将蒸发容器133加热而使其升温，配置在蒸发容器133的内部的有机材料137被升温后的蒸发容器133加热。

如果有机材料137被升温到蒸发温度以上，则蒸发（包括升华），大量的有机材料137的蒸气被放出到蒸发容器133的内部。

在蒸发容器133的与成膜对象基板115面对的位置设置有放出孔138，产生的蒸气被从放出孔138向真空槽113的内部放出，如果到达成膜对象基板115的表面，则在到达的部分处有机材料137的薄膜成长。

在该薄膜制造装置100中，在真空槽113的外部，配置有控制有机材料137的薄膜的成长速度的成长速度控制电路114。

如果说明成长速度控制电路114控制成长速度的次序，则在真空槽113的内部设置有膜厚传感器131，膜厚传感器131被连接在设置于成长速度控制电路114内的成长速度测量器141上。

膜厚传感器131被配置在成膜对象基板115的侧方位置，从蒸发源112放出的有机材料137的蒸气到达成膜对象基板115和膜厚传感器131，在成膜对象基板115和膜厚传感器131上使薄膜成长，将膜厚传感器131检测出的膜厚作为表示膜厚的信号向成长速度测量器141输出，由成长速度测量器141求出膜厚的成长速度，将表示成长速度的信号作为测量信号向速度偏差检测器142输出。

预先求出在成膜对象基板115的表面上成长的薄膜的期望的成长速度，转换为膜厚传感器131的表面的成长速度，作为基准值存储在存储装置143中，从存储装置143输出表示基准值的基准信号，向速度偏差检测器142输入。

在速度偏差检测器142中，求出被输入的基准信号表示的值与被输入的测量信号表示的值的大小关系以及差的值，将作为带有表示正负的符号的差的值的表示偏差的偏差信号从速度偏差检测器142向成膜电源145输出。

在被输入到成膜电源145中的偏差信号表示出测量信号表示的成长速度的值比基准信号表示的成长速度的值大的情况下，成膜电源145使向加热装置134输出的电流减小，使蒸发源112的内部的有机材料137的蒸气产生量减小，使得成膜对象基板115和膜厚传感器131的成长速度的值变小。

另一方面，在测量信号表示的成长速度的值比基准信号表示的成长速度的值小的情况下，成膜电源145使向加热装置134输出的电流增加，使蒸发源112的内部的有机材料137的蒸气产生量增加，使得成膜对象基板115和膜厚传感器131的成长速度变大。

这样，通过调节向加热装置134供给的电流值，使从有机材料137产生的蒸气量的变动变小，将蒸气产生量维持为一定值，将成长速度维持为基准值。

增加的电流量和减少的电流量与偏差的值成比例，在偏差的绝对值较大的情况下，使得偏差较快地接近于零。

但是，如果是经常测量成长速度、与基准值比较、使成长速度接近于基准值的经常监视方式，则有以下的问题：因为成长速度的值的振动或成长速度的变化相对于输出的电流量的延迟等的影响，实际的成长速度的增减及其变化量的控制变得困难。

图4的附图标记105是表示以经常监视方式控制成长速度时的成长速度的时间变化的曲线，在成长速度增加而向表示基准值的直线106接近的期间中，反复有细微的增减，因为该细微的增减，即使接近于基准值，实际的成长速度与基准值的差也较大。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：WO2015/182090。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是为了解决上述以往技术的不良状况而做出的，课题是提供一种能够长期间检测薄膜的成长速度的薄膜制造装置。

用来解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明是一种薄膜制造装置，具有：真空槽；成膜源，配置有成膜材料；主控制装置，向前述成膜源供给电力，使配置在前述成膜源中的前述成膜材料的微粒子从前述成膜源的放出部向前述真空槽的内部放出；以及膜厚传感器，被配置在前述微粒子到达而薄膜成长的位置，并输出表示在表面上形成的前述薄膜的膜厚的内容的膜厚信号；前述主控制装置基于前述膜厚传感器输出的前述膜厚信号，使向前述成膜源供给的电力的大小变化而使前述成膜源的放出速度变化，使薄膜以期望的成长速度在成膜对象物表面上成长；在前述真空槽内配置有闸门；由主控制装置将前述闸门移动；前述闸门被切换为遮蔽状态和到达状态，在所述遮蔽状态下，前述闸门位于前述膜厚传感器与前述放出部之间，将前述微粒子向前述膜厚传感器的到达遮蔽，在所述到达状态下，前述闸门从前述膜厚传感器与前述放出部之间的位置向其他部位移动，使前述微粒子向前述膜厚传感器到达。

本发明是一种薄膜制造装置，在前述闸门维持前述到达状态的到达期间中测量形成在前述膜厚传感器上的薄膜的膜厚。

本发明是一种薄膜制造装置，根据测量出的前述膜厚求出前述膜厚传感器上的测量成长速度，将向前述成膜源供给的电力的大小变更。

本发明是一种薄膜制造方法，将真空槽的内部设为真空环境，向配置在前述真空槽的内部的成膜源供给电力，使成膜材料的微粒子从前述成膜源的放出部放出，使前述微粒子到达位于前述真空环境中的成膜对象物和膜厚传感器，基于在前述膜厚传感器上成长的薄膜的成长速度，使前述电力的大小变化，使测量成长速度接近于基准速度，在前述真空槽的内部设置闸门；在前述微粒子到达前述成膜对象物的期间中使前述闸门开闭，交替地切换为遮蔽状态和到达状态，在所述遮蔽状态下，使前述闸门位于前述膜厚传感器与前述放出部之间，前述微粒子不到达前述膜厚传感器，在所述到达状态下，使前述闸门从前述膜厚传感器与前述放出部之间移动，前述微粒子到达前述膜厚传感器。

本发明是一种薄膜制造方法，在前述闸门维持前述到达状态的到达期间的每个中求出前述测量成长速度，将向前述成膜源供给的电力的大小变更。

发明效果

在本发明中，如果设定一周期的时间，并构成为在一周期中将供给电力变更一次，则不再有起因于经常控制的成长速度的振动，所以控制变得容易。

在上述以往技术的薄膜制造装置中，由于将从有机材料的蒸气产生量经常监视，所以需要频繁地更换膜厚传感器，但根据本发明，由于在相同的成膜时间中，在传感器上附着膜的时间（期间）比以往短，所以能够以比以往少的更换频度在许多成膜对象物上成膜。

此外，根据本发明，由于能够使在膜厚传感器上附着薄膜的时间缩短，所以能够使膜厚传感器的寿命变长。

附图说明

图1是用来说明本发明的薄膜制造装置的框图。

图2是用来说明水晶振子的振荡频率与膜厚的关系的图表。

图3是用来说明以往技术的薄膜制造装置的框图。

图4是表示成长速度的随着时间的变化的图表。

图5是对到达期间的频率变化与将到达期间和遮断期间在短时间中反复时的频率变化进行比较的图表。

具体实施方式

图1的附图标记10表示本发明的薄膜制造装置。

该薄膜制造装置10具有真空槽13，在真空槽13的内部配置有成膜源12。

成膜源12具有中空的蒸发容器33，在其中空的部分中配置有成膜材料37。成膜材料37在这里是粉体状的有机化合物，但也可以是金属材料或金属氧化物等无机材料或液体材料。

在真空槽13上连接着真空排气装置45，如果真空排气装置45动作而将真空槽13的内部真空排气，则在真空槽13的内部形成真空环境。

蒸发容器33的内部中空部分被该真空排气装置45真空排气，与真空槽13同样形成真空环境。也可以在蒸发容器33上连接其他的真空排气装置，借助该真空排气装置将蒸发容器33的内部真空排气。

在真空槽13的外部配置有主控制装置18。

在主控制装置18中配置有成长速度控制器14，在成长速度控制器14中，配置有成膜电源46和控制成膜电源46的动作的电源控制器42。

如果电源控制器42使成膜电源46动作，则从成膜电源46向成膜源12供给电力。

在成膜源12的内部，设置有加热装置34，借助被供给的电力，加热装置34发热，将成膜材料37加热。

如果在使真空槽13的内部成为真空环境的状态下成膜材料37升温到蒸发温度以上，则从成膜材料37产生蒸气。产生的蒸气是成膜材料37的微粒子。

在蒸发容器33的顶板上作为放出部38而形成有蒸气放出孔，成膜材料37的微粒子在经过蒸气放出孔后，从成膜源12的放出部38向真空槽13的内部放出成膜材料37的微粒子。

因而，如果从主控制装置18向成膜源12供给电力，则从成膜源12放出成膜材料37的微粒子。放出部38也可以是多个蒸气放出口。

成膜对象物静止而被配置在真空槽13的内部的、成膜材料37的微粒子到达的成膜位置，或成膜对象物经过成膜位置。这里，在成膜材料37的微粒子到达的成膜位置设置有基板保持器39，由附图标记15表示的成膜对象物被基板保持器39保持而静止。

如果成膜材料37的微粒子到达成膜对象物15的表面，则在成膜对象物15的表面上含有成膜材料37的成分的薄膜（这里是有机薄膜）成长。

在真空槽13的内部，配置有膜厚传感器31和闸门（shutter）35。

在主控制装置18中，设置有马达控制器51、和连接在马达控制器51上的开闭控制器43。

闸门35被连接在马达36上，马达36被马达控制器51控制旋转。

闸门35借助马达36的旋转而在真空槽13内移动，能够变更位置。开闭控制器43控制马达控制器51，从而该闸门35能采取遮蔽状态及到达状态中的某种状态，所述遮蔽状态是闸门35位于作为膜厚传感器31与放出部38之间的部位的遮断部位的状态，所述到达状态是闸门35从遮断部位移动而位于与遮断部位不同且不是膜厚传感器31与放出部38之间的部位时的状态。因而，闸门35通过被设为遮蔽状态和到达状态而被开闭。

当闸门35处于到达状态时，膜厚传感器31位于从成膜源12放出的成膜材料37的微粒子能够到达的部位，此时，从相同的成膜源12放出的成膜材料37的微粒子到达成膜对象物15和膜厚传感器31，在膜厚传感器31的表面和成膜对象物15的表面上，由同种类的微粒子构成的薄膜成长。

由于成膜对象物15和膜厚传感器31距成膜源12的距离不同，所以在成膜对象物15和膜厚传感器31上，薄膜以与距离对应的一定的部位比率的膜厚成长。

在主控制装置18中配置有成长速度测量器41，膜厚传感器31被连接在成长速度测量器41上。

膜厚传感器31将表示在表面上附着的薄膜的膜厚的内容的膜厚信号向主控制装置18输出。从膜厚传感器31输出的膜厚信号被输入到主控制装置18的成长速度测量器41中，成长速度测量器41在闸门35持续处于到达状态的期间（例如1秒以内的时间）中，在不同的时刻测量膜厚传感器31上的薄膜的膜厚。

主控制装置18使闸门35以将一定的到达期间和一定的遮蔽期间交替地反复的方式动作，如果设一个到达期间和邻接于该到达期间的一个遮蔽期间的合计时间为一周期，则根据在每个到达期间测量的膜厚传感器31上的膜厚的变化量、邻接的到达期间的不同的测量时刻和测量时刻之间的时间、和一周期的时间，计算在膜厚传感器31上成长的薄膜的成长速度。这里，所谓成长速度是“膜厚的增加量/增加所需要的时间”。

在膜厚传感器31上成长的薄膜的成长速度与成膜对象物15上成长的薄膜的成长速度之间，有与关于膜厚的前述的部位比率的值对应的一定的比例关系，该成长速度的比例关系的比例系数在部位比率测量时被预先求出。主控制装置18能够根据该比例关系和膜厚传感器31上的薄膜的成长速度，计算成膜对象物15上的薄膜的成长速度。这里，成长速度测量器41将计算出的膜厚传感器31上的薄膜的成长速度作为测量成长速度输出。

在主控制装置18中设置有存储装置49，在存储装置49中，作为基准速度而存储有膜厚传感器31上的薄膜的成长速度的基准值。

在电源控制器42中被输入基准速度和测量成长速度。

电源控制器42将基准速度与测量成长速度比较，计算由与其差对应的值和表示哪一方较大的符号构成的偏差，作为表示速度偏差的控制信号向成膜电源46输出。

在从成长速度测量器41将在成膜对象物15上成长的薄膜的成长速度作为测量成长速度输出的情况下，也只要将对于成膜对象物15的成长速度的基准值设定为目标成长速度，就成为与将膜厚传感器31上的薄膜的成长速度与对于膜厚传感器31的基准速度比较的情况相同。

不论怎样，成膜电源46向加热装置34供给的电力的大小都由电源控制器42输出的控制信号控制，当测量成长速度比基准速度大时，为了使成膜材料37的微粒子的放出速度降低，控制成膜电源46，使向加热装置34供给的电力减少。所谓成膜源12的“放出速度”是“成膜源12的放出量/放出时间”的值。

当测量成长速度比基准速度小时，为了使微粒子的放出速度增大，控制成膜电源46，使向加热装置34供给的电力增加。

在闸门35位于遮断部位的遮蔽状态的期间中，从放出部38放出的蒸气即使到达了成膜对象物15，也不会到达膜厚传感器31，即使在成膜对象物15上薄膜成长，在膜厚传感器31上薄膜也不会成长。

因而，在膜厚传感器31上形成的薄膜比在一片成膜对象物15上形成的薄膜的膜厚薄，所以能够借助一个膜厚传感器31将许多片数的成膜对象物15一片片地成膜。

图2的图表是表示由水晶振子构成的膜厚传感器31的振荡频率（横轴）与膜厚传感器31的表面的每单位面积的薄膜的重量（纵轴：膜厚×密度）的关系的图表，表示随着薄膜表面的薄膜成长而振荡频率下降。图中的“z”是表示附着在水晶振子上的薄膜与水晶振子的声阻抗比的记号。

可知：对于“z”为哪个值的水晶振子，在比5MHz低10分之几MHz的频率（例如4.8MHz）到5MHz之间，图表的直线性都比其他部分高，在该频率范围之中，能够根据测量出的振荡频率的值准确地求出密度为已知的薄膜的膜厚。

当从放出部38放出的蒸气到达至成膜对象物15和膜厚传感器31时，测量在膜厚传感器31上形成的薄膜的成长速度，所以当将成长速度维持为一定时，将闸门35的到达状态和遮蔽状态反复。并且，在反复的期间的到达状态时，求出测量成长速度而进行向成膜源12供给的电力的控制，从而，在成膜对象物15位于与膜厚传感器31相同的真空槽13内而在成膜对象物15的表面上形成规定量的膜厚的薄膜的期间中，能够使在膜厚传感器31上薄膜成长的时间比在成膜对象物15表面上薄膜成长的时间短。

因而，闸门35交替地反复遮蔽状态和到达状态，在到达状态时测量膜厚，从而能够使在膜厚传感器31的表面上形成的薄膜的膜厚比没有遮蔽状态维持到达状态时薄。

维持遮蔽状态的遮蔽期间和维持到达状态的到达期间被存储在存储装置49中，表示各自的期间的长度的期间信号作为设定值被向开闭控制器43输出，按照从存储装置49输出的设定值的期间信号，在到达期间中向成长速度控制器14输出触发（trigger），使电源控制器42改变向成膜源12供给的电力。

这样，当在到达期间的期间中求出测量成长速度并使供给电力的大小变化时，既可以在遮蔽期间的期间中继续进行在紧邻于其之前的到达期间中变更后的电力的供给，也可以在遮蔽期间的期间中将在紧邻于其之前的到达期间中输出的电力的大小变更。

图4的附图标记5是表示在各测量时刻t₁～t₅变更后的电力的大小在测量时刻t₁～t₅间中被维持的情况下的成长速度的随着时间的变化的折线，在测量时刻t₁～t₅间，成长速度直线性地变化，在表示基准值的直线6附近的值处成为一定值。

不论是在测量时刻t₁～t₅间维持电力的情况还是变更的情况，对于哪种情况，一个到达期间和邻接于该到达期间的一个遮蔽期间的合计时间都是一周期。与一周期全部是到达期间的情况相比，在以一定比率将到达期间和遮蔽期间反复的情况下，“到达状态的时间/一周期”为比“1”小的值，膜厚为“到达状态的时间/一周期”倍。因而，在本发明中使用的膜厚传感器31的可使用时间成为“一周期/到达状态的时间”倍。

图5是表示在长时间的到达期间之后、将短时间的到达期间和遮蔽期间反复时的经过时间（横轴）与膜厚传感器的频率（纵轴）的关系的图表，表示从到达期间的开始时刻A的到达期间的遮断时刻B之间的经过时间与频率的关系的曲线L ₁的斜率，比在比时刻B靠后而将到达期间和遮断期间反复时的曲线L ₂的斜率大，因而可知，如果将到达期间和遮断期间反复，则在膜厚传感器31的表面上形成的薄膜的膜厚较小。

另外，在上述实施例中，在一个到达期间内求出测量成长速度，但也可以根据在作为一个到达期间中的时刻的第一时刻求出的膜厚的值和在作为紧邻于其之前的到达期间中的时刻的第二时刻求出的膜厚的值之间的差即膜厚差、和第一时刻与第二时刻之间的到达期间的合计时间，来求出测量成长速度。总之，本发明并不限定于仅基于一个到达期间中的膜厚的值来求出测量成长速度的结构。

此外，由于知道成膜对象物15与膜厚传感器31之间的成长速度的比例关系，所以也可以将成膜对象物15上的期望的成长速度换算为膜厚传感器31上的成长速度，在主控制装置18中将膜厚传感器31上的成长速度作为基准值而设定，将膜厚传感器31的成长速度与基准值比较，来控制向加热装置34供给的电力，使得膜厚传感器31的成长速度成为基准值。

此外，在上述例中，将膜厚传感器31的膜厚在到达期间中测量，但也可以在遮蔽期间中测量。在此情况下，也可以通过其他时刻的测量值以及计算，来求出进行了测量的时刻的成膜对象物15的膜厚。

此外，在上述实施例中，在加热装置34中使用电阻加热加热器，借助热传导而将蒸发容器33加热、进而借助热传导由升温的蒸发容器33将成膜材料37加热而升温，通过控制加热装置34的发热量，来控制成膜材料37的温度，但也可以在加热装置34中使用红外线灯而将蒸发容器33加热，或使蒸发容器33中流过感应电流而将蒸发容器33加热。

进而，此外，在上述例中是蒸镀装置，但在本发明中也包括以下这样的溅镀装置：作为成膜源而使用溅镀靶，在主控制装置中，作为成膜电源而配置向溅镀靶供给电力的溅镀电源，借助成膜电源向成膜源供给的电力，在作为成膜源的表面的放出部上形成等离子体，令成膜源进行溅镀，使由溅镀粒子构成的成膜材料的微粒子从放出部放出，使微粒子到达成膜对象物的表面和膜厚传感器的表面，形成薄膜。总之，设置了能够在膜厚传感器与成膜源之间的遮断部位和其他部位之间移动的闸门的成膜装置包含在本发明的薄膜制造装置中。

此外，在上述实施例中，蒸发容器33被配置在真空槽13的内部，但蒸发容器也可以被配置在真空槽13的外部。

另外，上述说明中的“放出速度”是指蒸气的每单位时间的放出量，不是指蒸气的飞行速度。

附图标记说明

10……薄膜制造装置

13……真空槽

14……成长速度控制器

15……成膜对象物

31……膜厚传感器

35……闸门

33……蒸发容器

37……成膜材料

41……成长速度测量器

42……电源控制器

45……真空排气装置

46……成膜电源

49……存储装置

51……马达控制器。

Claims (5)

1.一种薄膜制造装置，具有：

真空槽；

成膜源，配置有成膜材料；

主控制装置，向前述成膜源供给电力，将配置于前述成膜源的前述成膜材料加热而使蒸气从前述成膜材料放出，使前述蒸气的微粒子从前述成膜源的放出部向前述真空槽的内部放出；以及

膜厚传感器，被配置在前述微粒子到达而薄膜成长的位置，并输出表示在表面上形成的前述薄膜的膜厚的内容的膜厚信号；

前述主控制装置基于前述膜厚传感器输出的前述膜厚信号，使向前述成膜源供给的电力的大小变化而使前述成膜源的放出速度变化，使薄膜以期望的成长速度在成膜对象物表面上成长；

所述薄膜制造装置的特征在于，

在前述真空槽内配置有闸门；

由主控制装置将前述闸门移动；

前述闸门被交替地反复切换为遮蔽状态和到达状态，在所述遮蔽状态下，前述闸门位于前述膜厚传感器与前述放出部之间，将前述微粒子向前述膜厚传感器的到达遮蔽，在所述到达状态下，前述闸门从前述膜厚传感器与前述放出部之间的位置向其他部位移动，使前述微粒子向前述膜厚传感器到达；

一个到达期间和邻接于该到达期间的一个遮蔽期间的合计时间即一周期被设定为一定时间，向前述成膜源供给的电力在前述一周期中被变更一次。

2.如权利要求1所述的薄膜制造装置，其特征在于，

在前述闸门维持前述到达状态的到达期间中测量形成在前述膜厚传感器上的薄膜的膜厚。

3.如权利要求1所述的薄膜制造装置，其特征在于，

根据测量出的前述膜厚求出前述膜厚传感器上的测量成长速度，将向前述成膜源供给的电力的大小变更。

4.一种薄膜制造方法，将真空槽的内部设为真空环境，向配置在前述真空槽的内部的成膜源供给电力，将成膜材料加热而使蒸气从前述成膜材料放出，使前述蒸气的微粒子从前述成膜源的放出部放出，使前述微粒子到达位于前述真空环境中的成膜对象物和膜厚传感器，基于在前述膜厚传感器上成长的薄膜的成长速度，使前述电力的大小变化，使测量成长速度接近于基准速度，

所述薄膜制造方法的特征在于，

在前述真空槽的内部设置闸门；

在前述微粒子到达前述成膜对象物的期间中使前述闸门开闭，交替地反复切换为遮蔽状态和到达状态，在所述遮蔽状态下，使前述闸门位于前述膜厚传感器与前述放出部之间，前述微粒子不到达前述膜厚传感器，在所述到达状态下，使前述闸门从前述膜厚传感器与前述放出部之间移动，前述微粒子到达前述膜厚传感器；

将一个到达期间和邻接于该到达期间的一个遮蔽期间的合计时间即一周期设定为一定时间，将向前述成膜源供给的电力在前述一周期中变更一次。

5.如权利要求4所述的薄膜制造方法，其特征在于，

在前述闸门维持前述到达状态的到达期间的每个中求出前述测量成长速度，将向前述成膜源供给的电力的大小变更。

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