JP2005281858A - Deposition thickness measurement method, material layer deposition method, deposition thickness measurement device, and material layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
基板上における材料の堆積および堆積厚の測定に関する。 It relates to the deposition of materials on a substrate and the measurement of the deposition thickness.
従来より、各種のデバイスにおいて、複数の材料層の積層構造が利用されており、その堆積に蒸着やスパッタなどが利用されている。例えば、有機エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイでは、有機EL素子(OLED)をそれぞれ有する画素をマトリクス配置して表示を行う。この有機EL素子は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などの有機層を有する物が知られており、これらの有機層を真空蒸着によって形成することが、例えば、特許文献1などに記載がある。
Conventionally, in various devices, a laminated structure of a plurality of material layers is used, and vapor deposition, sputtering, or the like is used for the deposition. For example, in an organic electroluminescence (EL) display, display is performed by arranging pixels each having an organic EL element (OLED) in a matrix. This organic EL element is known to have an organic layer such as a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer. For example,
このような有機ELディスプレイにおいて各有機層の厚さは、電極層などと比較しても非常に薄く、また、複数の有機層を積層することが多い。そのため層の厚さが発光特性に及ぼす影響も大きいと予想され、各層を適切に蒸着することが望まれ、したがって、各層の厚みを正確にしたいという要求がある。 In such an organic EL display, the thickness of each organic layer is much thinner than that of an electrode layer or the like, and a plurality of organic layers are often stacked. Therefore, it is expected that the thickness of the layer has a great influence on the light emission characteristics, and it is desired to appropriately deposit each layer. Therefore, there is a demand for making the thickness of each layer accurate.
また、有機ELディスプレイを作製する場合、なるべく大きな基板を利用して、作成する方が効率的であり、例えば1型〜10型程度のいわゆる小型ディスプレイであれば、これらの領域をマザー基板上に多数一度に作成し、作製後に切断することが好ましい。従って、有機物質の蒸着も、比較的大面積の基板上に蒸着することになる。そこで、基板上の蒸着位置によるバラツキをできるだけ小さく抑えたいという要求もある。 In the case of manufacturing an organic EL display, it is more efficient to use a substrate as large as possible. For example, in the case of a so-called small display of about 1 type to 10 type, these regions are formed on a mother substrate. It is preferable to prepare a large number at once and cut after the preparation. Accordingly, the organic material is also deposited on a substrate having a relatively large area. Therefore, there is also a demand for minimizing variation due to the deposition position on the substrate.
ここで、薄膜の厚さの計測には、分光エリプソメータや、水晶振動子を用いた膜厚計が用いられる。分光エリプソメータでは、成膜後のサンプルを成膜装置外で計測する場合に用いられるものであり、実際の成膜時に計測することはできない。また、分光エリプソメータは、計測する膜表面の平滑性が高いことが要求されるため、有機EL素子よりも下層に例えば薄膜トランジスタなどの素子が形成され、それらに起因する表面の凹凸も多いディスプレイ用途などの有機層の膜厚測定に対して高い精度を得ることができない。 Here, for measuring the thickness of the thin film, a spectroscopic ellipsometer or a film thickness meter using a crystal resonator is used. The spectroscopic ellipsometer is used when a sample after film formation is measured outside the film formation apparatus, and cannot be measured during actual film formation. In addition, since the spectroscopic ellipsometer is required to have high smoothness on the surface of the film to be measured, an element such as a thin film transistor is formed in a lower layer than the organic EL element, and the surface uses unevenness due to them. High accuracy cannot be obtained for the film thickness measurement of the organic layer.
また水晶振動子の振動数変化より膜厚(蒸着量)を計測する方法を採用すると、成膜装置内に水晶振動子を配置して、水晶振動子に付着した材料膜厚を計測可能であるが、連続使用すると、計測値が変化するため、安定した測定が難しい。また、実際に基板上に形成された材料層の厚さを測定することはできない。 In addition, if a method of measuring the film thickness (deposition amount) from the change in the frequency of the crystal unit is adopted, the thickness of the material attached to the crystal unit can be measured by placing the crystal unit in the film forming apparatus. However, when it is used continuously, the measurement value changes, so stable measurement is difficult. In addition, the thickness of the material layer actually formed on the substrate cannot be measured.
本発明は、材料堆積中における膜厚の計測を効果的に行い、またその計測値に応じて堆積を効果的に制御することを目的とする。 An object of the present invention is to effectively measure the film thickness during material deposition and to effectively control the deposition according to the measured value.
本発明は、基板上への材料層の堆積厚測定方法であって、基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、前記堆積厚モニタ領域にX線光を照射し、この材料層からのX線反射波を検出し、検出したX線反射波の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定する。 The present invention is a method for measuring a deposition thickness of a material layer on a substrate, wherein the material layer is deposited by depositing a material on a deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and the substrate. And forming the deposited thickness monitor region with X-ray light, detecting an X-ray reflected wave from the material layer, and based on the detected X-ray reflected wave intensity of the material layer formed on the substrate. Measure the deposition thickness.
また、本発明の他の態様は、基板上への材料層の形成方法であって、基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、前記堆積厚モニタ領域にX線光を照射し、この材料層からのX線反射波を検出し、検出したX線反射波の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定し、測定結果に応じて、堆積速度を制御する。 Another aspect of the present invention is a method of forming a material layer on a substrate, wherein the material is deposited on a deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate. Forming a material layer, irradiating the deposition thickness monitor region with X-ray light, detecting an X-ray reflected wave from the material layer, and forming on the substrate based on the intensity of the detected X-ray reflected wave. The thickness of the deposited material layer is measured, and the deposition rate is controlled according to the measurement result.
また、本発明の他の態様では、前記材料層の堆積に際し、前記材料層を蒸着によって形成する蒸着源における蒸着材料の加熱状態又は前記蒸着源と前記基板との相対的な走査速度の少なくとも一方を制御する。 In another aspect of the present invention, at the time of depositing the material layer, at least one of a heating state of a vapor deposition material in a vapor deposition source for forming the material layer by vapor deposition or a relative scanning speed of the vapor deposition source and the substrate. To control.
また、本発明の他の態様では、前記堆積厚モニタ領域は、基板又は基板近傍において互いに離れて複数設けられ、それぞれの堆積厚モニタ領域における堆積厚に基づいて、前記蒸着源の加熱分布を制御する。 In another aspect of the present invention, a plurality of the deposition thickness monitor regions are provided apart from each other in the substrate or in the vicinity of the substrate, and the heating distribution of the vapor deposition source is controlled based on the deposition thickness in each deposition thickness monitor region. To do.
また、本発明の他の態様では、前記材料層を蒸着する蒸着室は、蒸着室外に配置された発光器から射出され前記堆積厚モニタ領域に到達するX線の光路上及び前記材料層から射出され受光器に到達するX線の光路上にそれぞれX線透過窓を備え、前記材料層を蒸着する間、該X線透過窓を加熱する。 In another aspect of the present invention, the vapor deposition chamber for vapor-depositing the material layer is emitted from a light emitter disposed outside the vapor deposition chamber and emitted from an X-ray optical path reaching the deposition thickness monitor region and from the material layer. X-ray transmission windows are respectively provided on the optical paths of the X-rays reaching the light receiver, and the X-ray transmission windows are heated while the material layer is deposited.
本発明の他の態様では、前記材料層の堆積厚さは、前記X線の前記堆積厚モニタ領域への入射角度を変更しながら、前記X線反射波の干渉によって生ずる前記X線反射波の反射率の振動に基づいて算出する。 In another aspect of the present invention, the deposition thickness of the material layer is such that the X-ray reflected wave generated by interference of the X-ray reflected wave is changed while changing an incident angle of the X-ray to the deposition thickness monitoring region. Calculation is based on the vibration of the reflectance.
このように、本発明によれば、堆積厚モニタ領域において材料層の堆積膜厚を、照射したX線の反射強度に基づいて求める。このようなX線の反射強度から実際の蒸着層等の材料層の堆積厚を検出すれば、精度よく、かつ材料層を形成しながらその厚さを求めることができる。したがって、検出した堆積厚に応じて堆積条件(例えば蒸着源の温度や移動速度など)を制御して、適切な厚さに材料層を形成することができる。また、材料層の形成と同時に測定する、つまり形成時に厚さをモニタリングするので、装置外で別途測定する方法と比較して、堆積厚の測定時間を飛躍的に短縮でき、また堆積値が目的値から外れた処理基板はその時点で厚さを調整したり、工程から除くことができ、製造の効率化を図ることができる。 Thus, according to the present invention, the deposited film thickness of the material layer in the deposited thickness monitor region is obtained based on the reflection intensity of the irradiated X-rays. By detecting the actual deposition thickness of a material layer such as a vapor deposition layer from the reflection intensity of X-rays, the thickness can be obtained accurately and while forming the material layer. Therefore, the material layer can be formed to an appropriate thickness by controlling the deposition conditions (for example, the temperature of the vapor deposition source and the moving speed) according to the detected deposition thickness. In addition, since the thickness is measured at the same time as the material layer is formed, that is, the thickness is monitored at the time of formation, the measurement time of the deposited thickness can be drastically shortened compared to the method of separately measuring outside the apparatus, and the purpose of the deposited value is The thickness of the processed substrate deviating from the value can be adjusted or removed from the process at that time, and the manufacturing efficiency can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施形態に係る堆積装置(蒸着装置)の概略構成を示している。真空チャンバ(成膜室)10は、気密に構成されており、被蒸着体である基板14(例えば、ガラス基板)が導入された後の内部は真空ポンプなどを利用して所定の減圧状態が維持される。真空チャンバ10内の上部には、基板固定部12が設けられ、ここに基板14が固定される。また、固定された基板14の下方には、るつぼ移動レール16が設置されており、ここにるつぼ18が往復移動可能に設置されている。るつぼ18の移動には、基本的にモータ40が利用されるが、動力の伝達方法には各種のものがあり、適宜採用できる。この例では、モータ40により長ねじ42を回転し、この長ねじの回転によってるつぼ18の移動を制御している。なお、移動手段には、均一な蒸着を達成するために、一定速度で移動可能とすることが要求される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a deposition apparatus (evaporation apparatus) according to an embodiment. The vacuum chamber (film formation chamber) 10 is configured to be airtight, and the inside of the interior after the substrate 14 (for example, a glass substrate), which is a deposition target, is introduced, is in a predetermined reduced pressure state using a vacuum pump or the like. Maintained. A
るつぼ18は、例えば、基板の幅方向より若干長い細長い箱形状の蒸着源(リニアソース)で、るつぼ18内に収容している蒸着材料を加熱して蒸発させ、るつぼ上方の開口部から材料を放出する。放出された蒸発材料は、基板14の下面に付着し堆積される。るつぼ18を基板14の長さ(長手)方向に移動させる(走査する)ことで、基板14の表面の全面にほぼ同一の条件で材料層を蒸着形成することができる。なお、図においては、るつぼ18を1つのみ示したが、るつぼ18を複数設けそれぞれから材料を蒸発させてもよい。その場合に、各るつぼ18から異なる材料を蒸発させ、積層構造を形成することもできる。
The
基板上の所定部位のみに材料層を蒸着形成する場合には、図示するように基板14の下面にマスク50を配置し、蒸着部を限定する。例えば、有機EL素子を用いたディスプレイにおいて、画素毎にRGB3色のいずれかの発光層を備える有機EL素子を形成し、この発光層を色毎に塗り分け形成する場合であれば、材料毎に開口位置の異なるマスクを交換して蒸着すればよい。また、基板14を別の真空チャンバ10に移動して、開口位置の異なるマスクを用いて蒸着を行ってもよい。なお、蒸着に際し、るつぼ18ではなく、基板14を移動してもよい。
In the case where the material layer is formed by vapor deposition only on a predetermined portion on the substrate, a
るつぼ18の周面には、ヒータ20が取り付けられ、このヒータ20には、ケーブル22を介しヒータ電源部24が接続されている。従って、ヒータ電源部24からの電力供給によって、ヒータ20の加熱状態が制御され、るつぼ18からの材料の蒸発状態が制御される。
A
本実施形態においては、真空チャンバ10の所定部分に複数対の透明部分(窓)11が設けられており、これらに対応して発光器26と、受光器28が配置されている。発光器26から射出された光線は、材料層が形成されている基板14の所定部分(後述する膜厚モニタ領域)で反射され受光器28に至る。光線は、紫外線、可視光線等、200nm〜900nm程度の波長域の光線が採用可能であるが(これらの光線を用いる場合は、例えば受光器28はモニタ領域52に照射された光の透過光を検出する)、本実施形態では、特に、X線を採用している。つまり、本実施形態において発光器26及び受光器28は、具体的にはそれぞれ図1に示すようにX線射出器26、X線検出器(例えばシンチレータ)28である。
In the present embodiment, a plurality of pairs of transparent portions (windows) 11 are provided in a predetermined portion of the
図示するようにマスク50が基板14とるつぼ18との間に基板14に近接して配置されており、このマスク50には、X線射出器26からのX線を照射するモニタ領域(モニタ部52)に対応する位置に膜厚測定用の開口部54が設けられている。なお、マスク50の開口部54の位置に合わせて発光器26及び受光器28の位置を移動可能としておくことが好ましい。また、後述するように、膜厚の測定に際しては、膜厚モニタ領域へのX線の入射角度を変更する必要があるため、X線射出器26はX線の膜厚モニタ領域への入射角度を調整するための角度調整機構を備える。また、このX線射出器26及びX線検出器28は、いずれもX線のモニタ部への入射角度射出角度が大きいため、基板14及びマスク50の側方に配置されており、対応する光路上において成膜室10に設けられるX線透過窓11も、成膜室10の側壁に設けられている。
As shown in the figure, a
るつぼ18から放出される蒸着材料は、画素領域に応じたパターンの開口部と同様に、
膜厚測定用開口部54を通って基板14の対応する位置に付着し、これにより基板上には、画素領域などの所望パターンの材料層の形成と同時に、後述する図5のように同一材料で、かつ同一条件で膜厚(堆積厚)モニタ領域に膜厚モニタ部(モニタ膜)52が形成される。そして、X線射出器26から射出されたX線は、膜厚測定用開口部54及び基板14のこの膜厚モニタ領域で反射して、X線検出器28に到達する。X線検出器28は、検出したX線反射波の強度を検出し、検出強度についての信号を制御装置30に供給し、制御装置30は反射率の振動を検出し、この振動の周期から蒸着膜の厚さを算出する。制御装置30は、ヒータ電源部24を制御して、蒸着膜厚が適切なものになるように、ヒータ電源部24からヒータ20への電流供給を制御するとともに、モータ40を制御してるつぼ18の移動速度を制御する。このような制御により材料層の膜厚が最適値となるように基板上への材料の堆積速度(成膜速度)が制御される。
The vapor deposition material emitted from the
Through the film
ここで、膜厚測定に用いるのが例えば紫外線で、紫外線をモニタ部52に照射し、このモニタ部52を透過して受光部に到達する光を検出してその吸光強度から予め求めた検量データを参照することで蒸着膜の厚さを検出する場合、紫外線をモニタ部52を透過させるため、発光器26,受光器28は、図1を参照すると蒸着室10の上下に設ける。しかし、本実施形態のように、X線を膜厚測定に採用する場合、X線射出器26は、入射X線が測定対象表面、つまり、膜厚モニタ領域で全反射するような大きな入射角(材料層形成表面に対して例えば0.2°〜6°程度)で入射可能な位置に設け、またX線検出器28は材料層形成面(膜厚モニタ領域)で、入射角と同様大きな射出角で反射されるX線を検出できる位置に設ける。
Here, for example, ultraviolet rays are used for film thickness measurement, and ultraviolet rays are irradiated to the
X線を用いた膜厚の測定は、具体的にはX線反射率測定法(Grazing Incidence X-ray Reflectively technique:GIXR法)を採用可能であり、入射角度を変更しながら反射波の強度(反射率)を検出し、反射率の振動周期からその膜厚を算出するという原理を用いる。材料層(モニタ部52)の表面で反射したX線と、材料層とその下層(例えば基板)との界面で反射したX線とでは、図2に示すように光路差が存在するため、反射波は互いに干渉する。この光路差は、測定対象膜の膜厚tと、X線の入射角度θと全反射臨界角θcとの差に相当する測定対象膜への入射角、射出角、測定対象膜の下層との界面への入射角及び射出角θ’(θ’=θ−θc)に依存して発生する。 Specifically, the film thickness measurement using X-rays can adopt the X-ray reflectivity measurement method (Grazing Incidence X-ray Reflectively technique: GIXR method), and the intensity of the reflected wave ( The principle of detecting the (reflectance) and calculating the film thickness from the oscillation cycle of the reflectance is used. Since there is an optical path difference between the X-ray reflected at the surface of the material layer (monitor unit 52) and the X-ray reflected at the interface between the material layer and its lower layer (for example, the substrate), reflection occurs as shown in FIG. The waves interfere with each other. This optical path difference is the difference between the film thickness t of the measurement target film, the incident angle to the measurement target film corresponding to the difference between the X-ray incident angle θ and the total reflection critical angle θc, the emission angle, and the lower layer of the measurement target film. It occurs depending on the incident angle to the interface and the exit angle θ ′ (θ ′ = θ−θc).
入射角度θを変化させながらX線検出器、より具体的にはX線反射率測定用検出器28によって反射率を測定すると、その反射率には、図3に示すような干渉による振動構造が発生する。よって、その振動の周期から材料層の厚さtを計算することができる。膜厚が大きくなると周期が減少し、例えば制御装置30が反射率からフーリエ解析を行うことで、定量的に膜厚を求めることができる。このような本実施形態におけるX反射波強度の測定は、既に膜厚測定として実績のある分光エリプソメータに替えて、その強度に基づいて膜厚を測定できる。
When the reflectivity is measured by the X-ray detector, more specifically, the X-ray
以上に説明したX線射出器26、X線検出器28は、真空チャンバ10内に設けてもよい。この場合には、シャッタをつけ、X線射出器26、X線検出器28に対し不要な蒸着物質の堆積を防止することが好適である。あるいはシャッタの代わりに、少なくともX線検出器28の周囲の温度を制御して(例えば一定の高温になるように加熱制御)、蒸着物質がX線検出器28に付着しないようにしてもよい。
The
ここで、有機EL素子において、有機層の厚さは発光層での発光条件を決めるための重要な要素の一つと考えられ、より高い発光効率や高精度の発光制御を実現する上で、この有機層の厚さの精度に対する要求は今後さらに高まる。そして、例えば、CuPc膜は、有機EL素子において、陽極と正孔輸送層の間に設けられる正孔注入層として利用されることが多く、通常10nm程度と非常に薄いが、このような極めて薄い膜についてもより精度良く膜厚を制御することが望まれる。上述のように連続使用時の安定性に欠ける水晶振動子を用いたのでは正確な計測が困難である。 Here, in the organic EL element, it is considered that the thickness of the organic layer is one of the important factors for determining the light emission conditions in the light emitting layer, and in order to realize higher light emission efficiency and high-precision light emission control, The demand for the accuracy of the organic layer thickness will increase further in the future. For example, a CuPc film is often used as a hole injection layer provided between an anode and a hole transport layer in an organic EL element, and is usually very thin, about 10 nm. It is desired that the film thickness be controlled with higher accuracy. As described above, accurate measurement is difficult if a crystal resonator lacking stability during continuous use is used.
さらに、上記CuPc膜は、その膜表面が乱反射の起きやすい表面状態となるため、このような膜については、エリプソメータによる膜厚測定に適していない。これに対し、本実施形態のようなX線反射率測定法では、エリプソメータより高い測定精度が得られ、かつ、リアルタイムでの膜厚測定が可能である。また、有機EL素子の有機層の材料は、現在、その耐久性に依然として課題が多い。このため、下層側の電極(陽極又は陰極)の形成後、例えば真空蒸着法によって形成される多層構造の有機層の各層は、表面にゴミが付着したり有機層の劣化を速める水分が酸素などにさらされる可能性を低減する上で、真空雰囲気を破らずに連続形成することが望まれている。したがって、本実施形態のように真空蒸着室内で成膜した膜の厚さを随時測定すれば、例えばエリプソメータを用いた場合のように、膜厚測定のためだけに基板を装置外に出す必要もなく、膜厚の正確な制御が可能となる。なお、有機EL素子の多層構造の有機層は、例えば陽極が下層側の電極で、上層が電子注入層とほぼ一体に形成された陰極である場合に、下から順に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の積層構造が一例として挙げられ、各層の厚さをそれぞれ最適な値になるよう制御しながら連続して形成することが可能となる。 Furthermore, since the film surface of the CuPc film is in a surface state in which irregular reflection easily occurs, such a film is not suitable for film thickness measurement using an ellipsometer. On the other hand, in the X-ray reflectivity measurement method as in this embodiment, measurement accuracy higher than that of an ellipsometer can be obtained, and film thickness can be measured in real time. Moreover, the material of the organic layer of the organic EL element still has many problems in its durability. For this reason, after the formation of the lower layer side electrode (anode or cathode), for example, each layer of the organic layer having a multilayer structure formed by a vacuum deposition method has moisture that adheres to the surface or accelerates the deterioration of the organic layer. In order to reduce the possibility of exposure, it is desired to form continuously without breaking the vacuum atmosphere. Therefore, if the thickness of the film formed in the vacuum evaporation chamber is measured as needed as in this embodiment, it is necessary to take the substrate out of the apparatus only for film thickness measurement, for example, when using an ellipsometer. Therefore, the film thickness can be accurately controlled. The organic layer having a multilayer structure of the organic EL element includes, for example, a hole injection layer and a hole in order from the bottom when the anode is an electrode on the lower layer side and the upper layer is a cathode formed almost integrally with the electron injection layer. A laminated structure of a transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer is given as an example, and it is possible to continuously form each layer while controlling the thickness of each layer to an optimum value.
また、本実施形態のようにX線の反射強度を検出して得たその反射率に基づいて、膜厚を測定する方法では、その測定原理上、標準試料を必要とせず、絶対的な分析結果を得ることができる。また、X線射出器26の発生するX線強度の長期的変動が原理的に測定結果に影響を与えないので、較正作業をする必要が無く、材料層の厚さをリアルタイムに容易かつ正確に測定することができる。
Further, in the method of measuring the film thickness based on the reflectance obtained by detecting the reflection intensity of the X-ray as in the present embodiment, a standard sample is not required on the basis of the measurement principle, and an absolute analysis is performed. The result can be obtained. In addition, since long-term fluctuations in the X-ray intensity generated by the
通常の蒸着工程においては、まずるつぼ18を所定温度まで加温し、蒸発状態を安定化する。これは、るつぼ18を図1に示すような基板14の下方から外れた待機位置に位置させて行う。この待機位置のるつぼ18の上方には、水晶式の膜厚計を配置し、蒸発状態を検出することも好適である。
In a normal vapor deposition process, first, the
また、基板14を基板固定部12にセットしておく。そして、モータ40を駆動して、るつぼ18を所定速度で移動させ、基板14の下表面に蒸着を行う。上述のように、X線反射強度の振動周波数から、膜厚を検出できるため、この検出結果に基づいて、ヒータ20による加熱状態や、モータ40の回転数を制御することで、常に安定した蒸着を行うことができる。なお、このような制御は、1つの基板14に対して蒸着のバラツキを防止するために行ってもよいし、複数の基板14に対する蒸着のバラツキを防止するために行ってもよい。
Further, the
さらに、上記実施形態では、実際に蒸着対象となっている基板14における蒸着膜厚を検出した。しかし、ダミー基板を用い、そのダミー基板における蒸着状態を調べて、るつぼ18の加熱状態およびるつぼ18の移動状態を制御してもよい。ここで、このダミー基板は、実際に蒸着する基板14の代わりに設けてもよいし、基板14に隣接して設けてもよい。さらに、図4に示すように、ダミー基板15は、平板でなくてもよく、円柱状や多角柱状として、複数の蒸着膜の形成毎にるつぼ18の変更と対応してその周面位置(又は周面)を変更し、対応する周面での蒸着膜の堆積厚を上述のX線反射率から算出することで、るつぼ18からの蒸発物質の蒸発状態を検出することができ、これに基づいて蒸着量の制御ができる。特に、ダミー基板を円柱状として、これを適宜回転させて、表面に蒸着させて、この膜厚を検出することが好適である。
Furthermore, in the said embodiment, the vapor deposition film thickness in the board |
図5には、基板14上に設定したモニタ領域に形成されるモニタ部(膜厚測定部)52が示されている。この例では、基板14の幅方向(るつぼ18の長手方向に一致)において、3点のモニタ領域が設定され、ここにモニタ部(モニタ膜)52が形成されている。これらモニタ部は、基板14中で、実際の有機EL素子領域(あるいは表示領域)としては利用されない領域に設定されている。そして、本実施形態では、るつぼ18が幅方向に細長い形状を有し、このるつぼ18はその長手方向(基板14の幅方向)と直交する方向に移動する。そこで、このるつぼ18の長手方向に沿って3点のモニタ部52を形成することによって、るつぼ18の長手方向における蒸発量の均一性を検出することができ、この検出結果に基づいて、るつぼ18の長手方向における加熱状態を制御することができる。加熱状態は、ヒータ20をるつぼ18の長手方向で、複数に分割しておき、分割ヒータへの個別の通電を制御することなどによって行える。
FIG. 5 shows a monitor unit (film thickness measuring unit) 52 formed in the monitor region set on the
なお、図5において、破線で示した膜厚モニタ領域(モニタ部52)は、多層の蒸着を真空雰囲気を破らずに連続して実行する場合において、異なる蒸着源を用いた異なる蒸着膜の膜厚測定にそれぞれ使用することもできる。すなわち、成膜時に用いるマスク50として、膜厚測定用の開口部の位置がそれぞれ異なるマスクを用いれば、基板上に形成された各モニタ部はそれぞれ異なる位置に形成され、既に形成されている下層の有機膜と重ならず、確実に形成した膜の厚さを測定することができる。X線反射率測定法では、積層された複数の層のそれぞれの厚さを振動周期に基づいて算出することもできるが、考慮すべき因子が多くなるため、図5に示すように異なる層からなるモニタ部を重ねずに異なるモニタ領域に形成することによって、各層の厚さをより高い精度で求めることができる。なお、この膜厚測定用の開口部の位置は、互いに例えば10mm程度異なっていればよい。成膜室毎にこの膜厚測定用開口部の位置の異なるマスクを用いても良い。以上のような方法により、連続して積層する膜についてもそれぞれの厚さを確実に測定することができる。なお、モニタ領域は、基板14の全体(但し有機EL素子の非形成領域が望ましい)に分散させて設けてもよい。
In FIG. 5, the film thickness monitor region (monitor unit 52) indicated by a broken line is a film of different vapor deposition films using different vapor deposition sources when performing multilayer vapor deposition continuously without breaking the vacuum atmosphere. Each can also be used for thickness measurement. That is, if the
また、上述の実施形態では、るつぼ18として細長い形状のものを利用した。しかし、るつぼ18としては、点状のものを多数併設してもよい。るつぼ18をこのような面状のものとすれば、基板14およびるつぼ18のいずれも移動することなく、大面積の基板14に対する蒸着が行える。一方、このような大面積の蒸着を行うと、蒸着膜厚にバラツキが生じやすいが、本実施形態の膜厚検出を基板上の分散された複数の点で行い、るつぼ18の加熱状態を部分的に制御する構成をとれば、全体として均一な蒸着を行えるように制御することができる。なお、蒸着対象である基板14が小面積の場合には単一の点状のるつぼ18を採用しても良い。また、検出した膜厚が目標値に対して±50%程度のずれで
ある場合には、るつぼ18の加熱制御だけでは不十分なことがあり、基板14とるつぼ18との相対速度(例えばるつぼ18のスキャン速度)を変更することが望ましい。
In the above-described embodiment, the
また、真空チャンバ10にX線射出器26、X線検出器28に対応して設けられている窓11は加熱して高温にすることによって、蒸着物のこれらの窓に対する堆積を防止することができる。X線射出器26、X線検出器28を真空チャンバ10の内部に設ける場合においても、検出計の蒸着物質を堆積させたくない箇所について、高温として堆積を防止することが好適である。
In addition, the
以上の説明では、図1に示すように下方にるつぼ18が配置され、マスク及び基板がその上方に面方向が水平方向に向いて配置された、横型の蒸着装置を例に挙げている。しかし、これに限らず、縦型の堆積装置(真空蒸着やスパッタ装置)においても、成膜室の基板への材料層形成側にX線射出器26からのX線を透過させる窓と、モニタ領域で反射されたX線を透過させX線検出器28に到達させるための窓を設け、X線反射強度の振動周期から膜厚を測定することでリアルタイムでの膜厚測定が可能となる。
In the above description, as shown in FIG. 1, a horizontal vapor deposition apparatus in which a
図6は、この縦型の堆積装置(成膜装置)600の構成の一例を示しており、原理的には、上述の図1の成膜装置と同様であり、基板64及び蒸着源の支持方向が垂直方向である点が異なっている。即ち、成膜室60内で、膜の形成される基板64は垂直方向に起立支持されている。また、例えば基板と同程度の幅のライン状の蒸着源70が垂直方向に支持されており、図6の例では、この蒸着源70と基板64との相対位置が変化するように、例えば蒸着源70が移動し、この蒸着源70からの材料が直接又はマスク66を介して基板64上に付着する構成である。マスク66には膜厚測定用の開口部74が有機EL素子の非形成領域に設けられており、蒸着源70からこの開口部を通過して基板64上に形成された膜にX線射出器76からX線を入射角度を変えながら照射し、X線検出器78によってX線反射強度を測定することで、上記と同様に膜厚を正確かつ成膜後直ちに装置内で測定することができる。ここで、縦型の堆積装置600において、基板64が起立支持されているため、発光器76からの光は成膜室60の側面から入射させることが好ましく、例えば光ファイバを利用して成膜室60の中に光を導入すればよい。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the vertical deposition apparatus (film formation apparatus) 600, which is in principle the same as the film formation apparatus of FIG. 1 described above, and supports the substrate 64 and the evaporation source. The difference is that the direction is vertical. That is, the substrate 64 on which the film is formed is supported upright in the vertical direction in the
また、図7に示すように、蒸着源の放出端としてシャワー状ノズル80を採用し、成膜順に、順次、キャリアガス中に成膜材料(例えば有機材料)源を蒸発させ、これを加熱ガスラインからバルブを介して選択的に加熱成膜室内に保持された基板14にノズル80から放出し積層する気相成長型成膜装置800においても上記膜厚測定方式を採用することができる。即ち、例えば基板14とノズル80の間に配置されるマスク90に膜厚測定用の開口部を設け、その位置に形成された膜の厚さを、X線射出器86とX線検出器88を用いてX線反射率の振動周期を算出することにより精度良く測定することができる。またマスク90の膜厚測定用開口部84の位置は例えば蒸着源が変更される毎にシャッタなどで変更したり、異なるマスクを用いるなどすることで、連続成膜される薄膜の各膜厚をリアルタイムに測定することができる。
In addition, as shown in FIG. 7, a shower-
10 真空チャンバ、12 基板固定部、14,64 基板、15 ダミー基板、16 移動レール、18 るつぼ(蒸着源)、20 ヒータ、22 ケーブル、24 ヒータ電源部、26,76,86 X線射出器、28,78,88 X線検出器、30 制御装置、40 モータ、50,66,90 マスク、52 モニタ部(膜厚測定部)、60 (縦型)成膜室、70 (縦型)蒸着源、80 シャワー状ノズル、600 縦型成膜装置、800 気相成長型成膜装置。
10 vacuum chamber, 12 substrate fixing part, 14, 64 substrate, 15 dummy substrate, 16 moving rail, 18 crucible (deposition source), 20 heater, 22 cable, 24 heater power supply unit, 26, 76, 86 X-ray injector, 28, 78, 88 X-ray detector, 30 controller, 40 motor, 50, 66, 90 mask, 52 monitor unit (film thickness measuring unit), 60 (vertical type) film forming chamber, 70 (vertical type)
Claims (11)
基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、
前記堆積厚モニタ領域にX線光を照射し、この材料層からのX線反射波を検出し、
検出したX線反射波の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定することを特徴とする堆積厚測定方法。 A method for measuring a deposition thickness of a material layer on a substrate, comprising:
A material layer is formed by depositing a material on the deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate,
Irradiating the deposition thickness monitor region with X-ray light, detecting an X-ray reflected wave from the material layer;
A deposition thickness measurement method, comprising: measuring a deposition thickness of a material layer formed on a substrate based on the detected intensity of an X-ray reflected wave.
基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、
前記堆積厚モニタ領域にX線光を照射し、この材料層からのX線反射波を検出し、
検出したX線反射波の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定し、測定結果に応じて、堆積速度を制御することを特徴とする材料層の形成方法。 A method for forming a material layer on a substrate, comprising:
A material layer is formed by depositing a material on the deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate,
Irradiating the deposition thickness monitor region with X-ray light, detecting an X-ray reflected wave from the material layer;
A method for forming a material layer, comprising: measuring a deposition thickness of a material layer formed on a substrate based on the detected intensity of an X-ray reflected wave; and controlling a deposition rate according to the measurement result.
前記材料層の堆積に際し、前記材料層を蒸着によって形成する蒸着源における蒸着材料の加熱状態又は前記蒸着源と前記基板との相対的な走査速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする材料層の形成方法。 In the formation method of the material layer of Claim 2,
When depositing the material layer, at least one of a heating state of a vapor deposition material in a vapor deposition source for forming the material layer by vapor deposition or a relative scanning speed of the vapor deposition source and the substrate is controlled. Forming method.
前記堆積厚モニタ領域は、基板又は基板近傍において互いに離れて複数設けられ、それぞれの堆積厚モニタ領域における堆積厚に基づいて、前記蒸着源の加熱分布を制御することを特徴とする材料層の形成方法。 In the formation method of the material layer of Claim 3,
A plurality of the deposition thickness monitoring regions are provided apart from each other in the substrate or in the vicinity of the substrate, and the heating distribution of the vapor deposition source is controlled based on the deposition thickness in each deposition thickness monitoring region. Method.
前記基板上に前記材料層を蒸着する蒸着室は、蒸着室外に配置された発光器から射出され前記堆積厚モニタ領域に到達するX線の光路上及び前記材料層から射出され受光器に到達するX線の光路上にそれぞれX線透過窓を備え、
前記材料層を蒸着する間、該X線透過窓を加熱することを特徴とする材料層の形成方法。 In the formation method of the material layer of Claim 2,
A vapor deposition chamber for depositing the material layer on the substrate is emitted from a light emitter disposed outside the vapor deposition chamber and is emitted from an X-ray optical path reaching the deposition thickness monitor region and from the material layer to reach a light receiver. Each has an X-ray transmission window on the X-ray optical path,
A method for forming a material layer, wherein the X-ray transmission window is heated while the material layer is deposited.
前記材料層の堆積厚さは、前記X線の前記堆積厚モニタ領域への入射角度を変更しながら、前記X線反射波の干渉によって生ずる前記X線反射波の反射率の振動に基づいて算出することを特徴とする堆積厚測定方法又は材料層の形成方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein
The deposition thickness of the material layer is calculated based on the vibration of the reflectance of the X-ray reflected wave caused by the interference of the X-ray reflected wave while changing the incident angle of the X-ray to the deposition thickness monitor region. A method for measuring a deposition thickness or a method for forming a material layer.
前記堆積厚モニタ領域へのX線光照射とX線反射波の受光は、前記材料層を形成する成膜室の外で行うことを特徴とする堆積厚測定方法又は材料層の形成方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein
The deposition thickness measuring method or the material layer forming method, wherein the deposition thickness monitor region is irradiated with X-ray light and the X-ray reflected wave is received outside a deposition chamber for forming the material layer.
材料層が堆積される基板または基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域に対し、入射角を変えながらX線を照射するX線照射手段と、
前記X線が照射されるモニタ領域からのX線反射波を検出するX線検出手段と、
前記X線検出手段で検出されたX線反射波強度に基づいて堆積厚を測定し、測定結果に基づいて、前記基板上への前記材料層の堆積速度を調整する堆積速度制御手段と、
を有することを特徴とする材料層の形成装置。 In a forming apparatus for depositing a material layer on a substrate,
X-ray irradiation means for irradiating the substrate on which the material layer is deposited or a deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate while irradiating X-rays while changing the incident angle;
X-ray detection means for detecting an X-ray reflected wave from a monitor region irradiated with the X-ray;
A deposition rate control unit that measures the deposition thickness based on the X-ray reflected wave intensity detected by the X-ray detection unit, and adjusts the deposition rate of the material layer on the substrate based on the measurement result;
An apparatus for forming a material layer, comprising:
前記材料層を形成する蒸着室内には、前記材料層を蒸着によって形成する蒸着源が配置され、前記蒸着源における蒸着材料の加熱状態又は前記蒸着源と前記基板との相対的な走査速度の少なくとも一方を制御することで堆積速度を制御する制御部を備えることを特徴とする材料層の形成装置。 The forming apparatus according to claim 8.
In the vapor deposition chamber for forming the material layer, a vapor deposition source for forming the material layer by vapor deposition is disposed, and at least a heating state of the vapor deposition material in the vapor deposition source or a relative scanning speed of the vapor deposition source and the substrate is provided. An apparatus for forming a material layer, comprising: a control unit that controls a deposition rate by controlling one of the two.
前記堆積厚モニタ領域は、基板又は基板近傍において互いに離れて複数設けられ、それぞれの堆積厚モニタ領域における堆積厚に基づいて、前記蒸着源の加熱分布を制御することを特徴とする材料層の形成装置。 The forming apparatus according to claim 9, wherein
A plurality of the deposition thickness monitoring regions are provided apart from each other in the substrate or in the vicinity of the substrate, and the heating distribution of the vapor deposition source is controlled based on the deposition thickness in each deposition thickness monitoring region. apparatus.
前記材料層を形成する蒸着室内には、
前記蒸着室外に配置された前記X線照射器から射出され前記堆積厚モニタ領域に到達するX線の光路上及び前記材料層から射出され前記X線検出器に到達するX線反射波の光路上にそれぞれX線透過窓を備え、
さらに、前記窓部を加熱する加熱部を有することを特徴とする材料層の形成装置。
The forming apparatus according to any one of claims 8 to 10,
In the vapor deposition chamber for forming the material layer,
On the optical path of X-rays emitted from the X-ray irradiator disposed outside the vapor deposition chamber and reaching the deposition thickness monitor region and on the optical path of X-ray reflected waves emitted from the material layer and reaching the X-ray detector Each with an X-ray transmission window,
Furthermore, it has a heating part which heats the said window part, The formation apparatus of the material layer characterized by the above-mentioned.
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