CN110819962B - 成膜速率监视装置及成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够实现装置的长寿命化并且实现制造节拍的提高的成膜速率监视装置及成膜装置。成膜速率监视装置基于使从蒸发源(300)升华或气化了的成膜材料(400)附着于石英晶体振子(13)时的石英晶体振子(13a)的谐振频率的变化来检测成膜材料相对于成膜对象物(100)的成膜速率，其特征在于，具备通过旋转而能够取得遮蔽部(12b)位于蒸发源与石英晶体振子之间的遮蔽状态和开口部(12a)位于蒸发源与石英晶体振子之间的非遮蔽状态的遮蔽构件(12)，具有使遮蔽构件旋转以在规定的期间内成为非遮蔽状态的期间成为第一长度的第一遮蔽模式、和使遮蔽构件旋转以在规定的期间内成为非遮蔽状态的期间成为比第一长度长的第二长度的第二遮蔽模式。

Description

成膜速率监视装置及成膜装置
技术领域
本发明涉及用于成膜装置的成膜速率监视装置。
背景技术
作为在基板上形成薄膜的成膜装置，存在如下的真空蒸镀方式的成膜装置：通过在真空腔室内对收容有成膜材料的容器(坩埚)进行加热，使成膜材料蒸发(升华或气化)而向容器外喷射，并使其附着、堆积在基板的表面而形成薄膜。在该成膜装置中，为了得到期望的膜厚，有时具备成膜速率监视装置，该成膜速率监视装置使用配置在真空腔室内的监视单元取得成膜速率，并基于取得的成膜速率来控制容器的加热。
成膜速率监视装置基于成膜材料的附着所引起的石英晶体振子的固有振动频率的变化量来取得成膜速率，为了控制成膜材料对石英晶体振子的附着量，公知有具备旋转式的遮蔽构件(断续装置)的结构(专利文献1)。遮蔽构件具有遮蔽石英晶体振子与成膜材料的蒸发源之间以阻碍成膜材料的附着的遮蔽部和用于容许成膜材料的附着的开口部，由伺服马达进行旋转控制以周期性地切换遮蔽状态和非遮蔽状态。石英晶体振子在成膜材料的附着量超过规定量时由于检测精度的降低而需要更换，因此，通过利用遮蔽构件尽可能地抑制成膜材料的附着量，能够实现监视单元的长寿命化。
另一方面，为了提高检测精度，作为基底处理(预涂)，存在以下的情况：在预先形成为用一定程度的成膜材料覆盖石英晶体振子的表面的状态之后，基于之后的附着量的增加所引起的固有振动频率的变化来进行成膜速率的检测。例如，存在根据石英晶体振子与成膜材料的相性，在附着量少的使用初期，成膜材料难以附着，如果不形成一定程度地附着而材料彼此附着的状态，则成膜速率不稳定的情况，为了进行准确的检测而进行这样的基底处理。
从监视单元的长寿命化的观点出发，优选石英晶体振子相对于蒸发源的暴露时间短，另一方面，从提高制造节拍的观点出发，优选延长基底处理中的暴露时间，快速地形成基底。若以恒速控制为前提，则规定的期间中的暴露时间的长度、即每单位时间的非遮蔽状态的时间长度取决于遮蔽构件中的开口部(非遮蔽部)的大小(旋转方向的宽度的大小)。例如，可以考虑构成为使遮蔽构件的开口部的大小可变，根据工序内容来变更开口部的大小，但装置结构复杂化，在成本方面存在课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-066673号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供一种能够实现装置的长寿命化并且实现制造节拍的提高的成膜速率监视装置。
为了解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的成膜速率监视装置是对成膜材料相对于成膜对象物的成膜速率进行检测的成膜速率监视装置，其特征在于，
该成膜速率监视装置具备：
石英晶体振子，用于使从蒸发源升华或气化了的所述成膜材料附着；
遮蔽构件，具有用于阻碍所述成膜材料附着于所述石英晶体振子的遮蔽部和用于容许所述附着的开口部，该遮蔽构件通过旋转而能够取得所述遮蔽部位于所述蒸发源与所述石英晶体振子之间的遮蔽状态和所述开口部位于所述蒸发源与所述石英晶体振子之间的非遮蔽状态；
控制部，控制所述遮蔽构件的旋转；以及
取得部，基于所述石英晶体振子的谐振频率的变化而取得成膜速率，
该成膜速率监视装置具有：
第一遮蔽模式，所述控制部使所述遮蔽构件旋转，以在规定的期间内成为所述非遮蔽状态的期间成为第一长度；以及
第二遮蔽模式，所述控制部使所述遮蔽构件旋转，以在所述规定的期间内成为所述非遮蔽状态的期间成为比所述第一长度长的第二长度。
为了实现上述目的，本发明的成膜装置的特征在于，
该成膜装置具备：
腔室，收容成膜对象物；
蒸发源容器，配置在所述腔室内，收容成膜材料；
加热控制部，对所述蒸发源容器的加热温度进行控制，具有对所述蒸发源容器进行加热的加热部件；以及
配置在所述腔室内、本发明的成膜速率监视装置，
所述加热控制部基于由所述成膜速率监视装置取得的成膜速率来控制所述加热温度。
发明的效果
根据本发明，能够实现装置的长寿命化并且实现制造节拍的提高。
附图说明
图1是本发明的实施例中的成膜装置的示意性剖视图。
图2是表示本发明的实施例中的成膜速率监视装置的结构的示意图。
图3是表示本发明的实施例中的石英晶体监视头和遮蔽构件的结构的示意图。
图4是本发明的实施例中的遮蔽构件的旋转控制的说明图。
附图标记说明
1…成膜速率监视装置、10…监视单元、11…石英晶体监视头、11a…监视开口、12…遮蔽构件(断续装置)、12a…开口狭缝(开口部、非遮蔽部)、12b…遮蔽部、13(13a、13b)…石英晶体振子、14…石英晶体支架(旋转支承体)、15…伺服马达(驱动源)、15a…马达轴、16…伺服马达(驱动源)、16a…马达轴、17(17a、17b)…位置(旋转相位)检测部件、18(18a、18b)…位置(旋转相位)检测部件、19…谐振器、2…成膜装置、100…基板、20…控制部(取得部、加热控制部)、200…真空腔室(成膜室)、300…蒸发源装置、301…蒸发源容器(坩埚)、302…加热器(加热部件)、303…喷嘴。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式以及实施例进行说明。但是，以下的实施方式及实施例仅例示性地表示本发明的优选的结构，本发明的范围并不限定于这些结构。另外，以下的说明中的装置的硬件结构以及软件结构、处理流程、制造条件、尺寸、材质、形状等只要没有特别特定的记载，就不意味着将本发明的范围限定于这些。
[实施例1]
参照图1～图4，对本发明的实施例的成膜速率监视装置以及成膜装置进行说明。本实施例的成膜装置是通过真空蒸镀在基板上形成薄膜的成膜装置。本实施例的成膜装置用于在各种半导体器件、磁器件、电子零件等各种电子器件、光学零件等的制造中在基板(也包括在基板上形成有层叠体的结构)上堆积形成薄膜。更具体而言，本实施例的成膜装置优选用于发光元件、光电转换元件、触摸面板等电子器件的制造。其中，本实施例的成膜装置特别优选适用于有机EL(Erectro Luminescence)元件等有机发光元件、有机薄膜太阳能电池等有机光电转换元件的制造。此外，本发明中的电子器件还包括具备发光元件的显示装置(例如有机EL显示装置)、照明装置(例如有机EL照明装置)、具备光电转换元件的传感器(例如有机CMOS图像传感器)。本实施例的成膜装置能够用作包括溅射装置等在内的成膜系统的一部分。
[成膜装置的概略结构]
图1是表示本发明的实施例的成膜装置2的结构的示意图。成膜装置2具有真空腔室(成膜室、蒸镀室)200，该真空腔室200利用未图示的排气装置、气体供给装置，将内部维持成真空气氛或氮气等非活性气体气氛。另外，在本说明书中，“真空”是指被比大气压低的压力的气体充满的空间内的状态。
作为成膜对象物的基板100若通过搬送机械人(未图示)搬送到真空腔室200内部，则被设置在真空腔室200内的基板保持单元(未图示)保持，并载置于掩模220上表面。掩模220是具有与在基板100上形成的薄膜图案对应的开口图案221的金属掩模，在真空腔室200内部与水平面平行地设置。基板100通过利用基板保持单元载置于掩模220的上表面，从而在真空腔室200内部以与水平面平行且作为被处理面的下表面被掩模220覆盖的方式设置。
在真空腔室200内部的掩模220的下方设置有蒸发源装置300。蒸发源装置300大致具备收容成膜材料(蒸镀材料)400的蒸发源容器(坩埚)301(以下称为容器301)、和作为对收容于容器301的成膜材料400进行加热的加热部件的加热器302。容器301内的成膜材料400通过加热器302的加热而在容器301内蒸发，经由设置于容器301上部的喷嘴303向容器301外喷出。向容器301外喷射的成膜材料400在设置于装置300上方的基板100的表面，与设置于掩模220的开口图案221对应地进行蒸镀。
另外，虽然省略了图示，但蒸发源装置300有时具备用于提高加热器302的加热效率的反射器、传热构件、收容包括反射器、传热构件在内的蒸发源装置300的各结构整体的框体、挡板等。另外，蒸发源装置300为了在整个基板100上均匀地进行成膜，有时构成为能够相对于固定载置的基板100相对移动。
本实施例的成膜装置2具备成膜速率监视装置1作为用于检测从容器301喷出的成膜材料400的蒸气量、或者在基板100上成膜的薄膜的膜厚的部件。成膜速率监视装置1构成为，利用遮蔽构件12间歇地重复遮蔽状态和非遮蔽状态，使从容器301喷出的成膜材料400的一部分附着到石英晶体监视头11所具备的石英晶体振子上。通过检测成膜材料400堆积所引起的石英晶体振子的谐振频率(固有振动频率)的变化量(减少量)，能够取得每单位时间的成膜材料400的附着量(堆积量)作为与规定的控制目标温度对应的成膜速率(蒸镀速率)。通过将该成膜速率反馈给加热器302的加热控制中的控制目标温度的设定，能够任意地控制对基板100的成膜速率。因此，通过利用成膜速率监视装置1在成膜处理中始终监视成膜材料400的排出量或基板100上的膜厚，能够实现高精度的成膜。本实施例的成膜装置2的控制部(运算处理装置)20具有进行监视单元10的动作的控制、成膜速率的测定、取得的监视控制部21、和进行蒸发源装置300的加热控制的加热控制部22。
[成膜速率监视装置]
图2是表示本实施例的成膜速率监视装置1的概略结构的示意图。如图2所示，本实施例的成膜速率监视装置1具备监视控制部21和具备监视头11、遮蔽构件(断续装置)12等的监视单元10。监视单元10具备监视头11、遮蔽构件12、作为组装于石英晶体监视头11的石英晶体支架(旋转支承体)14的旋转驱动源的伺服马达16、和作为遮蔽构件12的旋转驱动源的伺服马达15。监视控制部21具有对遮蔽构件12的旋转驱动进行控制的遮蔽构件控制部212、进行石英晶体振子13的谐振频率(的变化量)的取得的成膜速率取得部213、和对石英晶体支架14的旋转驱动进行控制的支架控制部214。
图3是表示沿着各自的旋转轴线方向观察监视头11(石英晶体支架14)和遮蔽构件12时的两者的配置关系的示意图。如图3所示，在监视头11的内部组装有将多个石英晶体振子13(13a、13b)在圆周方向上等间隔地配置并支承的石英晶体支架14。在监视头11设有一个比石英晶体振子13稍大的监视开口11a，石英晶体支架14在经由监视开口11a而暴露于外部(蒸镀源装置300)的位置(旋转相位)支承所支承的石英晶体振子13中的一个。
如图2及图3所示，石英晶体支架14的中心与伺服马达16的马达轴16a连结，被伺服马达16旋转驱动。由此，构成为能够依次切换经由监视开口11a暴露于外部的石英晶体振子13。即，被石英晶体保持件14支承的多个石英晶体振子13中的一个石英晶体振子13a位于与监视开口11a相位重叠的位置，其它的石英晶体振子13b作为使用完毕或更换用的石英晶体振子，位于隐藏于监视头11的内部的位置。若经由监视开口11a暴露于外部的石英晶体振子13的成膜材料400的附着量超过规定量而达到寿命，则石英晶体支架14旋转，使新的石英晶体振子13移动到与监视开口11a重叠的暴露位置。
由支架控制部214进行的伺服马达16的旋转控制基于由检测部18a和被检测部18b构成的相位位置检测部件18检测出的石英晶体支架14的旋转位置(旋转相位)来进行。另外，作为位置(相位)检测部件，也可以使用旋转编码器等已知的位置传感器。
如图3所示，遮蔽构件12是大致圆盘状的构件，其中心与伺服马达15的马达轴15a连结，通过伺服马达15向顺时针或逆时针中的任意一方的单一方向被旋转驱动。遮蔽构件12设置在扇型的开口狭缝(开口部、非遮蔽部)12a从旋转中心离开的位置，且其旋转轨道与监视头11的监视开口11a重叠的位置。开口狭缝12a构成为，旋转方向上的宽度比监视开口11a的宽度窄，且比在监视开口11a中暴露的石英晶体振子13a的宽度窄。
如图2和图3所示，通过遮蔽构件12旋转，开口狭缝12a相对于监视开口11a的相对位置(相对相位)在与监视开口11a重叠的位置(开口位置、非遮蔽位置)和不重叠的位置(非开口位置、遮蔽位置)之间变化。由此，在遮蔽构件12中除了开口狭缝12a以外的区域部分成为遮蔽部12b，在其位于与监视开口11a重叠(覆盖)的位置(相位)时，成为成膜材料400向石英晶体振子13a的附着被阻碍的遮蔽状态(非开口状态)。另外，在开口狭缝12a位于与监视开口11a重叠的位置(相位)时，成膜材料400向石英晶体振子13a的附着成为容许的非遮蔽状态(开口状态)。
遮蔽构件控制部212对伺服马达15的旋转控制基于由检测部17a和被检测部17b构成的相位位置检测部件17检测出的遮蔽构件12的旋转位置(旋转相位)来进行。另外，作为位置(相位)检测部件，也可以使用旋转编码器等已知的位置传感器。
开口狭缝12a在本实施例中为闭合的孔，但也可以形成为在遮蔽构件12的周端开放的切口状。另外，设置的个数也可以是两个以上，狭缝形状也不限定于本实施例所示的扇形，能够采用各种形状。在设置多个开口狭缝12a的情况下，也可以分别设为不同的形状。
石英晶体振子13a经由电极、同轴线缆等与外部谐振器19连接。通过对在堆积于石英晶体振子13a表面的成膜材料400的薄膜与背面的电极之间施加电压而生成的发送信号作为石英晶体振子13的谐振频率(的变化量)从谐振器19被传递到成膜速率取得部213而被取得。
虽然省略了图示，但在监视单元10中具备供用于冷却作为热源的马达15、16的热的冷却水流动的流路。
另外，在此所示的成膜速率监视装置的结构只不过是一个例子，并不限定于此，可以适当采用已知的各种结构。
[本实施例的特征]
图4是对本实施例中的遮蔽构件12的旋转控制进行说明的图表。在图4中，用0表示遮蔽构件12处于遮蔽了石英晶体振子13的状态时，用1表示遮蔽构件12处于未遮蔽石英晶体振子13的状态时。
在本实施例中，其特征在于，在通过成膜速率取得部213取得的成膜速率成为稳定的状态之前预先进行使规定量的成膜材料400附着、覆盖在石英晶体振子13a上的基底处理时，对遮蔽构件12的旋转速度进行变速控制。具体而言，为了迅速地形成基底，执行控制遮蔽构件12的旋转速度的第二遮蔽模式(以下称为第二模式)，以使石英晶体振子13a的暴露时间变长。另外，这样的基底处理通常不将基板100设置在真空腔室200内而进行。即，在将基板100收容在真空腔室200内之前(不进行基板100上的成膜速率的监视的期间)实施。
此外，其特征在于，在基底处理之后，在使用稳定的成膜速率进行加热器3的加热控制时，与以往的控制同样地，以预先决定的设定速度对稳定旋转时的旋转速度进行等速控制。具体而言，为了尽可能延长石英晶体振子13a的寿命，执行对遮蔽构件12的旋转速度进行控制的第一遮蔽模式(以下称为第一模式)，以使石英晶体振子13a的暴露时间变短。
在基底处理中，作为第二模式，进行控制，以使开口狭缝12a与监视开口11a重叠的非遮蔽状态下的遮蔽构件12的稳定旋转速度成为开口狭缝12a与监视开口11a不重叠的遮蔽状态下的稳定旋转速度的1/10。在监视基底处理后的成膜速率的期间中，作为第一模式，无论开口狭缝12a与监视开口11a是否遮蔽/非遮蔽，都以恒定的稳定旋转速度控制遮蔽构件13的旋转。第二模式的遮蔽状态下的稳定旋转速度与第一模式下的稳定旋转速度为相同速度，因此，第二模式下的非遮蔽状态下的稳定旋转速度为第一模式下的非遮蔽状态下的稳定旋转速度的1/10。由此，以相同的规定的期间进行比较时，在第二模式下成为非遮蔽状态的期间的时间长度(第二长度)比在第一模式下成为非遮蔽状态的期间的时间长度(第一长度)长。
图4示出在第一模式下成为非遮蔽状态(膜附着状态)的期间的时间长度TO1和在第二模式下成为非遮蔽状态的期间的时间长度TO2。如图4所示，通过使稳定旋转速度为1/10，TO2为TO1的10倍的时间。作为规定的期间，在图4所示的时间内，若对第一模式和第二模式进行比较，则在第一模式下成为非遮蔽状态的次数为3次，相对于此，在第二模式下成为非遮蔽状态的次数为2次，第一模式的次数较多。但是，对于一次非遮蔽状态的持续时间，第二模式比第一模式长，对于规定的期间内的总的非遮蔽状态的持续时间，第二模式也比第一模式长。
在图4所示的例子中，每单位时间所占的非遮蔽状态的时间的比例在第一模式下为约3.3％，相对于此，在第二模式下为约25％。第一模式下的约3.3％的上述比例是基于等速旋转控制的数值，因此是与遮蔽构件12的开口率(开口部12a相对于遮蔽部12b的面积比)一致的数值。即，通过本实施例的遮蔽构件12的变速控制(使非遮蔽状态下的稳定旋转速度比遮蔽状态下的稳定旋转速度慢的控制)，能够实质性地增大遮蔽构件12的开口率。由此，不采取使遮蔽构件12的形状物理性地变化等的方法(不使装置结构复杂化)，就能够可变地控制遮蔽构件12的开口率，任意地控制对石英晶体振子13的成膜速率。因此，作为稳定的成膜速率监视的预先准备的基底处理能够增加成膜材料400向石英晶体振子13的附着量而使其快速结束。另外，在监视基板100的成膜速率时，通过极力抑制成膜材料400向石英晶体振子13的附着，能够实现装置的长寿命化。即，能够在实现装置的长寿命化的同时实现制造节拍的提高。
[实施例2]
不采用使遮蔽构件12的形状物理性地变化等方法而实质性增大遮蔽构件12的开口率的方法并不限于在实施例1中说明的方法。在本发明的实施例2中，其特征在于，在第二模式下的遮蔽构件12的旋转控制中，通过使遮蔽构件12的旋转方向暂时改变成反方向并使其往复运动，增加在规定的期间内成为非遮蔽状态的次数(提高频率)。另外，实施例2的成膜速率监视装置、成膜装置的结构与实施例1的装置结构相同，省略说明。
通过使遮蔽构件12往复旋转运动以使开口狭缝12a在监视开口11a的附近往返，与使遮蔽构件12向单一方向旋转而周期性地形成非遮蔽状态的情况相比，能够增加规定期间内的非遮蔽状态的发生次数。由此，能够延长规定期间内的总的非遮蔽状态的持续时间。另外，从避免成膜不均的观点出发，往复旋转运动中的旋转方向的切换优选在开口狭缝12a完全通过监视开口11a之后(即，成为石英晶体振子13a被充分地遮蔽的状态之后)进行。
[其它例]
也可以与实施例1、2不同，在第二模式下，通过将遮蔽状态下的稳定旋转速度变更为比非遮蔽状态下的稳定旋转速度(第一模式下的稳定旋转速度)快的速度的控制，来增加规定期间内的非遮蔽状态的次数。
另外，也可以成为组合了实施例1和实施例2的控制。即，也可以形成为在使非遮蔽状态下的稳定旋转速度减速的同时使遮蔽构件以在短期间内重复遮蔽状态和非遮蔽状态的方式进行往复旋转的控制。
另外，在本实施例中，将第二模式的遮蔽状态下的稳定旋转速度与第一模式下的稳定旋转速度设为相同的速度，但也可以在得到使遮蔽构件12的开口率实质性增大的效果的范围内适当地设定为不同的速度。

Claims (10)

1.一种成膜速率监视装置，对成膜材料相对于成膜对象物的成膜速率进行检测，其特征在于，
该成膜速率监视装置具备：
石英晶体振子，用于使从蒸发源升华或气化了的所述成膜材料附着；
遮蔽构件，具有用于阻碍所述成膜材料附着于所述石英晶体振子的遮蔽部和用于容许所述附着的开口部，该遮蔽构件通过旋转而能够取得所述遮蔽部位于所述蒸发源与所述石英晶体振子之间的遮蔽状态和所述开口部位于所述蒸发源与所述石英晶体振子之间的非遮蔽状态；
控制部，控制所述遮蔽构件的旋转；以及
取得部，基于所述石英晶体振子的谐振频率的变化而取得成膜速率，
在对所述成膜对象物进行成膜时，所述控制部执行使所述遮蔽构件旋转以在规定的期间内成为所述非遮蔽状态的期间成为第一长度的第一遮蔽模式，
在所述取得部取得所述成膜速率之前进行使规定量的所述成膜材料预先附着于所述石英晶体振子的基底处理时，所述控制部执行使所述遮蔽构件旋转以在所述规定的期间内成为所述非遮蔽状态的期间成为比所述第一长度长的第二长度的第二遮蔽模式。
2.根据权利要求1所述的成膜速率监视装置，其特征在于，
在所述第二遮蔽模式下，所述控制部使所述遮蔽构件旋转，以使所述非遮蔽状态下的旋转速度比所述遮蔽状态下的旋转速度慢。
3.根据权利要求1或2所述的成膜速率监视装置，其特征在于，
所述控制部使所述遮蔽构件旋转，以使所述第二遮蔽模式的所述非遮蔽状态下的旋转速度比所述第一遮蔽模式的所述非遮蔽状态下的旋转速度慢。
4.根据权利要求1所述的成膜速率监视装置，其特征在于，
在所述第二遮蔽模式下，所述控制部使所述遮蔽构件往复旋转，以使在所述第二遮蔽模式下的所述规定的期间内成为所述非遮蔽状态的频率比在所述第一遮蔽模式下的所述规定的期间内成为所述非遮蔽状态的频率高。
5.根据权利要求1或2所述的成膜速率监视装置，其特征在于，
所述开口部在所述遮蔽构件的旋转方向上的宽度比所述石英晶体振子在所述旋转方向上的宽度窄。
6.根据权利要求1或2所述的成膜速率监视装置，其特征在于，
在所述取得部取得所述成膜速率时执行所述第一遮蔽模式。
7.根据权利要求1或2所述的成膜速率监视装置，其特征在于，
在不进行对所述成膜对象物的成膜的期间内执行所述第二遮蔽模式。
8.一种成膜装置，其特征在于，
该成膜装置具备：
腔室，收容成膜对象物；
蒸发源容器，配置在所述腔室内，收容成膜材料；
加热控制部，对所述蒸发源容器的加热温度进行控制，具有对所述蒸发源容器进行加热的加热部件；以及
配置在所述腔室内、根据权利要求1或2所述的成膜速率监视装置，
所述加热控制部基于由所述成膜速率监视装置取得的成膜速率来控制所述加热温度。
9.根据权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，
所述加热控制部基于在所述成膜速率监视装置执行所述第一遮蔽模式的期间所取得的所述成膜速率，控制所述加热温度。
10.根据权利要求8所述的成膜装置，其特征在于，
在所述腔室中未收容有所述成膜对象物的期间，所述加热控制部对所述蒸发源容器进行加热，所述成膜速率监视装置执行所述第二遮蔽模式。
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