JP2006193811A - 膜厚モニタ装置、成膜装置、成膜方法、自発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 成膜時のモニタ感度を調整可能にする。
【解決手段】 基板上に成膜材料を成膜する成膜装置に設けられ、基板上に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置１であって、水晶振動子１１に向かって飛翔する成膜材料を間欠的に遮蔽するために、水晶振動子１１上に遮蔽部１２Ａ_２と非遮蔽部１２Ａ_１を交互に移動させる遮蔽手段１２（遮蔽部材１２Ａ，駆動モータ１２Ｂ）を設け、遮蔽手段１２の移動に対して、水晶振動子１１と遮蔽手段１２の相対位置を検出する位置検出手段１３（検出部１３Ａ，被検出部１３Ｂ）と、位置検出手段１３の出力によって、遮蔽手段１２を移動又は停止させる移動制御手段１４を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、膜厚モニタ装置、成膜装置、成膜方法、自発光素子の製造装置及び製造方法に関するものである。

真空蒸着などの成膜法によって基板上に薄膜を形成する成膜装置においては、基板上に形成される薄膜の膜厚をモニタするために、薄厚モニタ装置を成膜室（真空チャンバ）内に設置することが一般に行われている。図１は、この膜厚モニタ装置とそれを備えた成膜装置の従来技術を示す説明図である（下記特許文献１参照）。

同図（ａ）に示すように、従来の成膜装置Ｊ１は、図示省略の真空排気系に接続される排気ダクトＪ２ａを有する成膜室（真空チャンバ）Ｊ２を有し、この成膜室Ｊ２内の上部に被成膜対象の基板Ｊ３が基板ホルダＪ４に保持された状態で設置されている。基板Ｊ３の下方には通常図示省略のシャッタが設けられる。また、所望のパターンを成膜する場合には、そのパターンに応じた開口部を有する成膜用マスクが基板Ｊ３の被成膜面に対面して設置される。成膜室Ｊ２の下部には、成膜材料Ｊ５を加熱して蒸発させる成膜源Ｊ６が配置される。この成膜源Ｊ６は温度制御手段を備えて成膜材料Ｊ５を所定の温度に加熱することで蒸発速度（成膜レート）を調整することができるようになっている。

そして、基板Ｊ３の近傍には、基板Ｊ３に形成される成膜の膜厚をモニタするための膜厚モニタ装置Ｊ８が配備されている。この膜厚モニタ装置Ｊ８は、本体Ｊ９の基板Ｊ３側の端部に、所定の共振周波数で振動する水晶振動子Ｊ１０が設けられ、その水晶振動子Ｊ１０に成膜材料が付着することによって変化する周波数変化量に基づき、基板Ｊ３上に形成される成膜の膜厚をモニタできる機能を有している。また、この膜厚モニタ装置Ｊ８の出力は前述した成膜源Ｊ６の加熱制御手段に送られるようになっている。

この従来技術に係る膜厚モニタ装置Ｊ８には、水晶振動子Ｊ１０に向かって飛翔する成膜材料Ｊ５を間欠的に遮蔽する遮蔽手段Ｊ１１が設けられている。この遮蔽手段Ｊ１１は、駆動手段Ｊ１２と成膜源Ｊ６側で水晶振動子Ｊ１０と対向する位置に配置され、駆動手段Ｊ１２によって回転駆動される遮蔽部材Ｊ１３とから構成されている。この遮蔽部材Ｊ１３は、同図（ｂ）に示すように、円板形状を成し、その周縁の一部に、水晶振動子Ｊ１０の直径より若干大きい幅で形成された切り欠き部Ｊ１３ａを有している。

このような遮蔽手段Ｊ１１を備えた膜厚モニタ装置Ｊ８によると、遮蔽部材Ｊ１３を連続的又は断続的に一定方向に回転させることで、遮蔽部材Ｊ１３の切り欠き部Ｊ１３ａ以外の部分が水晶振動子Ｊ１０に到達しようとする成膜材料を間欠的に遮蔽するので、単位時間に水晶振動子Ｊ１０に付着する成膜材料の量を少なくすることができる。これによって、多数の基板Ｊ３に対して連続的に成膜する場合であっても、膜厚モニタ装置Ｊ８を頻繁にメンテナンスする手間を省くことができ、また、膜厚モニタ装置Ｊ８の長寿命化を図ることができる。

特開平１１−２２２６７０号公報

このような遮蔽手段を備えた膜厚モニタ装置では、遮蔽手段によって単位時間に水晶振動子に付着する成膜材料の量を減ずることで、装置の長寿命化を図っているが、その一方では、実際に基板上に形成される成膜の膜厚に対して水晶振動子に付着する成膜材料の量が減ることになるので、遮蔽手段を設けない場合と比較してモニタ感度が低下することになる。

また、この従来技術に係る膜厚モニタ装置によると、単位時間に水晶振動子に付着する成膜材料の量は、定常的に基板Ｊ３上の膜厚をモニタしようとした場合には、遮蔽部材における切り欠き部の開口割合（水晶振動子上を移動する非遮蔽部分と遮蔽部分の面積割合）によって一元的に決められてしまい、遮蔽部材の回転速度を変化させても変えることができない。したがって、この従来技術に係る膜厚モニタ装置によると、モニタ感度がある一定の低い状態で膜厚モニタを行わなければならないことになる。

これに対して、膜厚モニタ装置の出力に応じて成膜源の成膜レートを制御しようとする場合などには、成膜レートの状態に応じてモニタ感度を調整することが必要になる。例えば、成膜源の稼働開始初期で成膜レートが低い状態から徐々に高く変化しているような状況（立ち上がり時期）では、膜厚モニタ装置の出力に応じて成膜レートを制御して速やかに安定した成膜レートを得ようとすると、高いモニタ感度が要求されることになるが、成膜レートが所望の状態に安定した後の状況（安定時期）では、高いモニタ感度は必要なく、寧ろ膜厚モニタ装置の寿命を考慮して、単位時間に水晶振動子に付着する成膜材料の量を減らすべくモニタ感度を低下させることが望まれる。

このようなモニタ感度の調整を実現するためには、高いモニタ感度を必要とする場合には、遮蔽部材を停止させて常に切り欠き部が水晶振動子の上に位置するようにして遮蔽手段の機能を停止させ、また、低いモニタ感度に切り換える場合には、遮蔽部材を定常的に回転させることで遮蔽手段を有効に機能させることができればよいが、前述した従来技術に係る膜厚モニタ装置によると、遮蔽部材を停止させた際に切り欠き部が水晶振動子上の位置にあるか否かを把握することができないので、前述したようにモニタ感度を調整することができない。

また、従来技術に係る膜厚モニタ装置では、遮蔽部材を停止させた際の切り欠き部と水晶振動子の位置関係を把握することができないので、成膜中にモニタリングを中止したい場合に、遮蔽部材を停止させたとしても、水晶振動子上に遮蔽部材の切り欠き部が位置することがあり、水晶振動子の前に別途シャッタを設けて水晶振動子に付着する成膜材料を遮蔽しない限り、モニタリング中止時にも水晶振動子に成膜材料が付着して装置の寿命劣化が進行してしまう不都合がある。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、膜厚モニタ装置のモニタ感度を必要に応じて調整可能にすること、膜厚モニタ装置の長寿命化を図りながら成膜中に任意にモニタリングを中止することができること、また、モニタ感度の調整によって、膜厚モニタ装置の長寿命化を図りながら高精度で成膜レート制御を行うことができること等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の各独立請求項に係る構成を少なくとも具備するものである。

［請求項１］基板上に成膜材料を成膜する成膜装置に設けられ、該基板上に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置であって、前記成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子と、該水晶振動子に向かって飛翔する前記成膜材料を間欠的に遮蔽するために、前記水晶振動子上に遮蔽部と非遮蔽部を交互に移動させる遮蔽手段と、前記遮蔽手段の移動に対して、前記水晶振動子と前記遮蔽手段の相対位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段の出力によって、前記遮蔽手段を移動又は停止させる移動制御手段とを備えることを特徴とする膜厚モニタ装置。

［請求項６］基板上に成膜材料を成膜する成膜装置において、該基板上に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置を設け、該膜厚モニタ装置は、前記成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子と、該水晶振動子に向かって飛翔する前記成膜材料を間欠的に遮蔽するために、前記水晶振動子上に遮蔽部と非遮蔽部を交互に移動させる遮蔽手段と、前記遮蔽手段の移動に対して、前記水晶振動子と前記遮蔽手段の相対位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段からの出力によって、前記遮蔽手段を移動又は停止させる移動制御手段とを備え、前記成膜材料を加熱する加熱制御手段を備えた成膜源と、該成膜源，前記基板を保持する基板保持手段，前記膜厚モニタ装置を装備した成膜室とを備え、前記膜厚モニタ装置のモニタ出力によって前記加熱制御手段を制御すると共に、前記膜厚モニタ装置のモニタ出力に基づく前記成膜源の成膜レートの状況に応じて前記移動制御手段を制御することを特徴とする成膜装置。

［請求項８］成膜材料を加熱する加熱制御手段を備えた成膜源と、基板を保持する基板保持手段と、該基板に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置とを成膜室に装備した成膜装置によって、前記基板上に前記成膜材料を成膜する成膜方法において、前記成膜源の成膜レートの立ち上がり時期には前記膜厚モニタ装置を高感度に設定し、前記成膜レートの安定時期には前記膜厚モニタ装置を低感度に設定することを特徴とする成膜方法。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図２は本発明の一実施形態に係る膜厚モニタ装置の構成を示す説明図である。同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図を示している。膜厚モニタ装置１は、従来技術同様に、基板上に成膜材料を成膜する成膜装置に設けられるものである。

この膜厚モニタ装置１は、この実施形態では本体１０に設けられ、成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子１１を備えており、従来技術同様に、この周波数変化から基板に成膜される薄膜の膜厚をモニタするものである。

また、この膜厚モニタ装置１は、水晶振動子１１に向かって飛翔する成膜材料を間欠的に遮蔽するために、遮蔽部材１２Ａと駆動モータ１２Ｂとからなる遮蔽手段１２を備えている。遮蔽部材１２Ａは、この実施形態では、円盤状を成し、その外周縁に沿って等間隔に非遮蔽部（開口部）１２Ａ_１を形成しており、駆動モータ１２Ｂによる回転駆動によって、水晶振動子１１上に非遮蔽部１２Ａ_１間に形成される遮蔽部１２Ａ_２と非遮蔽部１２Ａ_１を交互に移動させるようにしている。なお、この実施形態では、円盤状の遮蔽部材１２Ａを回転駆動することで、水晶振動子１１上に遮蔽部１２Ａ_２と非遮蔽部１２Ａ_１を交互に移動させる例を示したが、遮蔽手段１２の形態はこれに限らず、例えば、直線状の遮蔽部材１２Ａに沿って間欠的に非遮蔽部１２Ａ_１を形成して、これを直線的に往復動させるようなものであってもよく、要するに、遮蔽手段１２が水晶振動子１１に向かって飛翔する成膜材料を間欠的に遮蔽するものであれば、遮蔽部材１２Ａの形状及び移動形態はどのようなものであってもよい。

また、膜厚モニタ装置１は、遮蔽手段１２の移動に対して、水晶振動子１１と遮蔽手段１２の相対位置を検出する位置検出手段１３を備えている。この実施形態では、位置検出手段１３は、水晶振動子１１の保持部である本体１０の遮蔽部材１２Ａとの対向面に検出部１３Ａを設け、この対向面に対面する遮蔽部材１２Ａの一部（遮蔽手段１２の移動部分）に被検出部１３Ｂを設けて、検出部１３Ａが被検出部１３Ｂを検出することで、水晶振動子１１に対して遮蔽部材１２Ａの非遮蔽部１２Ａ_１又は遮蔽部１２Ａ_２がどのような位置にあるかを検出している。

検出部１３Ａと被検出部１３Ｂの設置は、遮蔽部材１２Ａ側に検出部１３Ａを設けて本体１０側に被検出部１３Ｂを設けてもよい。図示の例では、非遮蔽部１２Ａ_１の位置に合わせて複数個の被検出部１３Ｂを設けているが、被検出部１３Ｂは、非遮蔽部１２Ａ_１の数に対応していなくても、単数でもよく、また遮蔽部１２Ａ_２に合わせて設けてもよい。更には、遮蔽部材１２Ａの移動方向に沿って連続的に被検出部１３Ｂを形成したものであってもよい。

検出部１３Ａと被検出部１３Ｂの具体例を挙げると、光学的な位置検出センサ（発光部からなる検出部１３Ａと受光部からなる被検出部１３Ｂ、発光部と受光部からなる検出部１３Ａと反射部或いは遮光部からなる被検出部１３Ｂ等）、磁気的な位置検出センサ（磁気センサからなる検出部１３Ａと磁石からなる被検出部１３Ａ等）、接触型の位置検出センサ（リミットスイッチからなる検出部１３Ａと接触部からなる被検出部１３Ｂなど）等を例示することができるが、特にこれらに限定されるものではなく、移動している遮蔽部材１２Ａと本体１０に保持された水晶振動子１１の相対的な位置を検出できるものであればよい。

また、位置検出手段１３は、遮蔽部材１２Ａと本体１０間に設けるものである必要はなく、前述した駆動モータ１２Ｂを有する遮蔽手段１２においては、この駆動モータ１２Ｂの回転位置（又は移動位置）を検出するエンコーダ等の位置センサによって構成することもできる。

そして、本発明の実施形態に係る膜厚モニタ装置１は、前述した位置検出手段１３の出力によって、遮蔽手段１２を移動又は停止させる移動制御手段１４を備えている。より具体的には、移動制御手段１４は、位置検出手段１３の出力によって非遮蔽部１２Ａ_１を水晶振動子１１上に位置させた状態で遮蔽手段１２（遮蔽部材１２Ａ）を停止させることができる。或いは、移動制御手段１４は、位置検出手段１３の出力によって遮蔽部１２Ａ_２を水晶振動子１１上に位置させた状態で遮蔽手段１２（遮蔽部材１２Ａ）を停止させることができる。

このような実施形態に係る膜厚モニタ装置１によると、従来技術同様に、遮蔽手段１２が遮蔽部１２Ａ_２と非遮蔽部１２Ａ_１を交互に水晶振動子１１上に移動させて、水晶振動子１１に向かって飛翔する成膜材料を間欠的に遮蔽するので、単位時間あたりに水晶振動子１１に付着する成膜材料の付着量を減少させることができ、膜厚モニタ装置１を長時間使用した場合のメンテナンスを簡素化できると共に、膜厚モニタ装置１の寿命を長期化することができ、長期間の成膜に対して効果的に膜厚のモニタを行うことが可能になる。

そして、本実施形態に係る膜厚モニタ装置１によると、位置検出手段１３を備えて、遮蔽手段１２の移動に対して水晶振動子１１と遮蔽手段１２の相対位置を検出することができ、移動制御手段１４を備えて、位置検出手段１３の出力によって遮蔽手段１２を移動又は停止させることができるので、遮蔽手段１２の非遮蔽部１２Ａ_１又は遮蔽部１２Ａ_２と水晶振動子１１の位置を適宜に制御して、膜厚モニタ装置１の感度調整を行うことができるようになる。

具体的には、位置検出手段１３の出力によって、移動制御手段１４が非遮蔽部１２Ａ_１を水晶振動子１１上に位置させた状態で遮蔽手段１２を停止させることで、膜厚モニタ装置の感度を遮蔽手段１２が無い状態（この感度状態を１とする）に設定することができる。また、位置検出手段１３の出力によって、移動制御手段１４が遮蔽部１２Ａ_２を水晶振動子１１上に位置させた状態で遮蔽手段１２を停止させることで、成膜中であっても水晶振動子１１に成膜材料が付着しない状態（この感度状態を０とする）にすることができ、膜厚モニタ装置の寿命を長期化することができる。

すなわち、前述した実施形態に係る膜厚モニタ装置１によると、移動制御手段１４の制御によって、非遮蔽部１２Ａ_１を水晶振動子１１上に位置させて遮蔽手段１２を停止させて、膜厚モニタ装置１の感度を１に設定することができ、非遮蔽部１２Ａ_１と遮蔽部１２Ａ_２を交互に水晶振動子１１上に移動させて、膜厚モニタ装置１の感度を０〜１間の設定値［（非遮蔽部１２Ａ_１の面積）／｛（非遮蔽部１２Ａ_１の面積）＋（遮蔽部１２Ａ_２の面積）｝：例えば、（非遮蔽部１２Ａ_１の面積）＝（遮蔽部１２Ａ_２の面積）の場合には、１／２］にすることができ、また、遮蔽部１２Ａ_２を水晶振動子１１上に位置させて遮蔽手段１２を停止させて、膜厚モニタ装置１の感度を０に設定することができる。

これによって、例えば、詳細に膜厚の変動をモニタしたい場合には、膜厚モニタ装置１の感度を高くし、また、膜厚モニタ装置１の寿命を優先したい場合には、膜厚モニタ装置１の感度を低くして、水晶振動子１１に付着する成膜材料の量を減少させる設定変更を適宜行うことができる。

また、位置検出手段１３として、前述した例のように、水晶振動子１１の保持部（本体１０）と保持部に対面する遮蔽手段の移動部分（遮蔽部材１２Ａ）の一方に単数又は複数の被検出部１３Ｂを設け、他方に該被検出部１３Ｂを検出する検出部１３Ａを設ける構成を採用することで、検出部１３Ａが被検出部１３Ｂを検出した位置を原点として、遮蔽手段１２（或いは遮蔽部材１２Ａ）と水晶振動子１１との相対位置を任意に設定することができるようになる。図２（ｂ）に示すように、被検出部１３Ｂを非遮蔽部１２Ａ_１に合わせて配置し、非遮蔽部１２Ａ_１が水晶振動子１１上に位置する状態で被検出部１３Ｂを検出するように検出部１３Ａを配置することで、簡単な制御で、非遮蔽部１２Ａ_１を水晶振動子１１上に位置させて遮蔽手段１２を停止させることができる。

図３は本発明の他の実施形態に係る膜厚モニタ装置を示す説明図である（同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図を示している）。この膜厚モニタ装置１Ａによると、基本構成は前述した実施形態と変わりないが（前述の実施形態と同様の箇所は同一符号で重複説明を一部省略する）、遮蔽手段１２は、遮蔽部と非遮蔽部を有する遮蔽部材を複数備え、移動制御手段１４は、所定のタイミングで各遮蔽部材の非遮蔽部が水晶振動子１１上で重なるように各遮蔽部材を制御している。

すなわち、図示の例では、遮蔽手段１２は、２つの遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃを備えており、各遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃには、非遮蔽部１２Ａ_１，１２Ｃ_１と遮蔽部１２Ａ_２，１２Ｃ_２が交互に水晶振動子１１上に移動するように平行な回転軸を有して、それぞれ駆動モータ１２Ｂ，１２Ｄによって回転駆動されるようになっている。ここでは、遮蔽部材１２Ａと１２Ｃの回転が完全に同期しないように、回転数を変える等して、所定のタイミングで遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃの非遮蔽部１２Ａ_１，１２Ｃ_１が水晶振動子１１上で重なるようにしている。

また、各遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃにはそれぞれ被検出部１３Ｂ，１３Ｄが設けられ、この被検出部１３Ｂ，１３Ｄと本体１０側に設けた検出部１３Ａ，１３Ｃとによって位置検出手段１３が形成されている。そして、検出部１３Ａ，１３Ｃからの出力が移動制御手段１４に入力され、移動制御手段１４からの出力によって駆動モータ１２Ｂ，１２Ｄの回転駆動を制御するようにしている。

このような実施形態に係る膜厚モニタ装置１Ａでは、前述した実施形態に係る膜厚モニタ装置１と同様の作用を得ることができるが、これと比較して更に多段階に感度の調整を行うことができる。

すなわち、第１の設定感度として、遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃの非遮蔽部１２Ａ_１，１２Ｃ_１を共に水晶振動子１１上に位置させた状態で遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃを停止させることで、膜厚モニタ装置１Ａの感度を前述した１の状態にすることができる。

また、第２の設定感度として、一方の遮蔽部材１２Ａ（１２Ｃ）の非遮蔽部１２Ａ_１（１２Ｃ_１）を水晶振動子１１上に位置させた状態でこの遮蔽部材１２Ａ（１２Ｃ）を停止させ、他方の遮蔽部材１２Ｃ（１２Ａ）を回転させて、その非遮蔽部１２Ｃ_１と遮蔽部１２Ｃ_２を交互に水晶振動子１１上に移動させるようにすることで、例えば、（非遮蔽部１２Ｃ_１の面積）＝（遮蔽部１２Ｃ_２の面積）の場合には、膜厚モニタ装置１Ａの感度を１／２の感度に設定することができる。

更に、第３の設定感度として、両方の遮蔽部材１２Ａ，１２Ｃを共に回転駆動させて、それぞれの非遮蔽部１２Ａ_１，１２Ｃ_１と遮蔽部１２Ａ_２，１２Ｃ_２を交互に水晶振動子１１上に所定のタイミングで移動させるようにすることで、例えば、（非遮蔽部１２Ａ_１，１２Ｃ_１の面積）＝（遮蔽部１２Ａ_１，１２Ｃ_２の面積）の場合には、膜厚モニタ装置１Ａの感度を（１／２）×（１／２）＝１／４の感度に設定することができる。

そして、一方の遮蔽部材１２Ａ（１２Ｃ）の遮蔽部１２Ａ_２（１２Ｃ_２）を水晶振動子１１上に位置させた状態でこの遮蔽部材１２Ａ（１２Ｃ）を停止させることで、膜厚モニタ装置１Ａの感度を前述した０の状態に設定することができる。

このような感度の設定が可能な膜厚モニタ装置１Ａによると、成膜レートの状況等によって多段階にモニタ感度を調整することができ、高精細に膜厚の変化をモニタする必要がある場合にはモニタ感度を高めることができ、高精細な膜厚のモニタを必要としない場合には、膜厚モニタ装置１Ａの寿命を優先してモニタ感度を低くする設定を状況に応じて行うことが可能になる。

次に、前述した実施形態に係る膜厚モニタ装置を採用した成膜装置の実施形態を図４に基づいて説明する。成膜装置２０の基本構成は、図１に示した従来技術と同様であり、成膜源２，基板Ｍを保持する基板保持手段３を装備した成膜室４を備えており、この成膜室４は図示省略の真空排気系に接続される排気ダクト４ａを有している。そして、この成膜室４内に基板Ｍに隣接するように膜厚モニタ装置１が設けられている。

この膜厚モニタ装置１は、前述したように、成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子１１、水晶振動子１１に向かって飛翔する成膜材料を間欠的に遮蔽するために、水晶振動子１１上に遮蔽部と非遮蔽部を交互に移動させる遮蔽手段１２（遮蔽部材１２Ａ，駆動モータ１２Ｂ）、遮蔽手段１２の移動に対して、水晶振動子１１（水晶振動子１１を保持する本体１０）と遮蔽手段１２の相対位置を検出する位置検出手段１３（検出部１３Ａ，被検出部１３Ｂ）、位置検出手段１３からの出力によって、遮蔽手段１２を移動又は停止させる移動制御手段１４を備えている。

また、この成膜装置２０は、演算処理装置３０を備えており、この演算処理装置３０の機能要素（プログラム等）の中に前述した移動制御手段１４と成膜源２を加熱制御する加熱制御手段２１が組み込まれている。そして、水晶振動子１１から得られる共振周波数の変化を示す信号（モニタ出力）と検出部１３Ａの検出信号が演算処理装置３０に入力され、これらの信号による演算処理の結果に基づいて、移動制御手段１４及び加熱制御手段２１の出力がなされる。

すなわち、演算処理装置３０は、検出部１３Ａの検出信号に基づいて移動制御手段１４の出力を設定することで、膜厚モニタ装置１のモニタ感度を前述したように設定変更することができ、また、成膜中のモニタ中止時には、遮蔽部材１２Ａの遮蔽部（１２Ａ_２）を水晶振動子１１上に位置させた状態で遮蔽部材１２Ａを停止させて、膜厚モニタ装置１の寿命劣化を防止することができる。

また、演算処理装置３０は、設定しているモニタ感度を把握した上で、水晶振動子１１から得られる信号に基づいて、基板Ｍ上での成膜材料の膜厚、成膜レート、成膜レートの変化状況等を演算処理して求めることができ、これらに基づいて所望の成膜レートが得られるように加熱制御手段２１を制御することができる。更には、演算処理装置３０は、求めた成膜レートの変化状況等に応じて、移動制御手段１２を制御してモニタ感度を設定変更することもできる。

具体的には、成膜レートの立ち上がり時期では、移動制御手段１４が遮蔽部材１２Ａの非遮蔽部（１２Ａ_１）を水晶振動子１１上に停止させて、モニタ感度を前述した１の状態に設定し、成膜レートの安定時期には、移動制御手段１４が遮蔽部材１２Ａの非遮蔽部（１２Ａ_１）と遮蔽部（１２Ａ_２）を交互に水晶振動子１１上に移動させるように駆動モータ１２Ｂを制御することで、モニタ感度を例えば前述した１／２の状態に設定することができる。これによって、成膜レートの立ち上がり時期には、高いモニタ感度で精細に基板上に成膜される膜厚の変化をモニタすることができ、精細な膜厚変化のモニタが必要ない成膜レートの安定時期には、モニタ感度を下げることで膜厚モニタ装置１の長寿命化を図ることができる。

次に、このような成膜装置を用いた成膜方法の具体例を説明する。ここでは、加熱制御手段２１の制御によって、成膜レートを設定された一定値に制御する成膜方法を例にして説明する。図５は、このような成膜方法における成膜レートの時間的な変化を示したものである。成膜レートは、成膜源２の加熱を開始した時点から徐々に上昇することになるが、これを一定の設定値Ｒｓに制御するためには、成膜モニタ装置１のモニタ出力に応じて加熱制御手段２１を制御して、設定値Ｒｓの上下で振動する成膜レートの変化を安定化させる必要がある。

ここで、成膜レートの振動が設定値Ｒｓの許容される最大値Ｒｓmaxと最小値Ｒsminの間に入るまでの期間（０〜Ｔｒ）を立ち上がり時期とし、それ以降で成膜レートの振動幅が許容幅ｒ（＝最大値Ｒｓmax−最小値Ｒsmin）の範囲内にある時期を安定時期とすると、この立ち上がり時期で成膜モニタ装置１を高感度に設定し、安定時期で成膜モニタ装置１を低感度に設定する。このモニタ感度の設定変更は、前述したように移動制御手段１４の制御によって行うことができる。

これによると、成膜レートをモニタしながら成膜源に対する加熱制御手段２１の制御を行うことで成膜レートを一定の設定値Ｒｓに制御する成膜方法において、成膜レートの変化が設定値の許容範囲ｒ内に入る前の立ち上がり時期には、膜厚モニタ装置を高感度に設定して、成膜レートの変化を精細に検知できるので、短い立ち上がり期間で成膜レートを設定値Ｒｓに安定化させることができる。また、成膜レートの変化幅が許容範囲ｒ内に入った後の安定時期には、膜厚モニタ装置を低感度に設定して、水晶振動子１１に付着する成膜材料の単位時間当たりの量を減ずることができるので、膜厚モニタ装置１の寿命を長期化することができ、長時間の連続的な成膜に対しても効果的に膜厚モニタ装置を動作させることができる。

以上説明したように、前述した本発明の各実施形態によると、膜厚モニタ装置のモニタ感度が必要に応じて調整可能になり、膜厚モニタ装置の長寿命化を図りながら成膜中に任意にモニタリングの中止を行うことができる。また、モニタ感度の調整によって、膜厚モニタ装置の長寿命化を図りながら高精度で成膜レート制御を行うことができるようになる。

前述した本発明の実施形態に係る成膜方法は、基板上に自発光素子の成膜要素を成膜する自発光素子の製造方法に採用することができる。

以下、前述の成膜方法を採用して、自発光素子として、ＲＧＢ３色の発光領域をそれぞれ有する有機ＥＬ素子を形成して、これを色毎に直線状に配列した有機ＥＬパネルについて説明する。図６は、この有機ＥＬパネルの構造を示す説明図（断面図）である。

有機ＥＬパネル１００の基本構成は、下部電極１０２と上部電極１０５との間に発光層を含む有機層１０４を挟持して基板１０１上に複数の有機ＥＬ素子１１０を形成したものである。図示の例では、基板１０１上にシリコン被覆層１０１ａを形成しており、その上に形成される下部電極１０２をＩＴＯ等の透明電極からなる陽極（アノード）に設定し、上部電極１０５をＡｌ等の金属材料からなる陰極（カソード）に設定して、基板１０１側から光を取り出すボトムエミッション方式を構成している。また、有機層１０４としては、正孔輸送層１０４Ａ，発光層１０４Ｂ，電子輸送層１０４Ｃの３層構造の例を示している。そして、基板１０１と封止部材１０５とを接着層１０７を介して貼り合わせることによって基板１０１上に封止空間Ｓを形成し、この封止空間Ｓ内に有機ＥＬ素子１１０からなる表示部を形成している。

有機ＥＬ素子１１０は、図示の例では、下部電極１０２を絶縁膜１０３で区画して、区画された下部電極１０２の下に各有機ＥＬ素子１１０における発光領域（１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ）を形成している。また、封止空間Ｓを形成する封止部材１０６の内面には乾燥手段１０６Ａが取り付けられて、湿気による有機ＥＬ素子１１０の劣化を防止している。

また、基板１０１の端部には、下部電極１０２と同材料，同工程で形成される第１の電極層１０８Ａが、下部電極１０２とは絶縁膜１０３で絶縁された状態でパターン形成されている。第１の電極層１０８Ａの引出部分には、銀合金等を含む低抵抗配線部分を形成する第２の電極層１０８Ｂが形成されており、更にその上に、必要に応じてＩＺＯ等の保護被膜１０８Ｃが形成されて、第１の電極層１０８Ａ，第２の電極層１０８Ｂ，保護被膜１０８Ｃからなる引出電極１０８が形成されている。そして、封止空間Ｓ内端部で上部電極１０５の端部１０５ａが引出電極１０８に接続されている。下部電極１０２の引出電極は、図示省略しているが、下部電極１０２を延出して封止空間Ｓ外に引き出すことによって形成することができる。この引出電極においても、前述した上部電極１０５の場合と同様に、銀合金等を含む低抵抗配線部分を形成する電極層を形成することができる。

このような有機ＥＬパネル１００においては、有機層１０４の各層（正孔輸送層１０４Ａ，発光層１０４Ｂ，電子輸送層１０４Ｃ）は、色毎に塗り分けられるので、発光領域１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂに対応した成膜領域が発光領域１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ上に形成されることになる。ここでは、有機層１０４を３層構造にした例を示しているが、これに限らず、例えば、陽極側から、正孔注入層（ＲＧＢ共通）／第１正孔輸送層（ＲＧＢ共通）／第２正孔輸送層（塗り分け）／第１有機発光層（塗り分け）／第２有機発光層（塗り分け）／第１電子輸送層（塗り分け）／第２電子輸送層（ＲＧＢ共通）／電子注入層（ＲＧＢ共通）／（陰極）というような構造にすることもできる。この場合には、色毎に塗り分けられる第２正孔輸送層，第１有機発光層，第２有機発光層，第１電子輸送層の４層が、発光領域１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂに対応した成膜領域として発光領域１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ上に形成されることになる。

以下に、有機ＥＬパネル１００の製造方法について、更に具体的に説明する。ガラス製の基板１０１上に陽極側の電極としてＩＴＯ等の下部電極１０２を蒸着，スパッタリング等の方法で薄膜として形成し、フォトリソグラフィ等によって所望の形状にパターニングする。また、絶縁膜１０３を成膜すると共に発光領域１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂの開口が下部電極１０２上に形成されるようにパターニングを行う（前処理工程）。

次に、スピンコーティング法，ディッピング法等の塗布法、スクリーン印刷法，インクジェット法等の印刷法等のウエットプロセス、又は、蒸着法、レーザ転写法等のドライプロセスで有機層１０４を成膜する。詳しくは、正孔輸送層１０４Ａ，発光層１０４Ｂ，電子輸送層１０４Ｃの各材料層を発光領域１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ上に蒸着にて順次積層する。

この際に、色毎の塗り分けが必要な層は、成膜用マスクを使用した塗り分けを行う。この塗り分けに関しては、ＲＧＢ３色の発光を呈する材料、若しくは複数の有機材料を組み合わせたものを、ＲＧＢに該当する発光領域上に成膜して成膜領域を形成する。

最後に、陰極側の金属薄膜からなる上部電極１０５を下部電極１０２に直交するようにストライプ状に成膜し、下部電極１０２と上部電極１０５の直交部分にドットマトリクス状に有機ＥＬ素子１１０を形成する（成膜工程）。

その後に、紫外線硬化型エポキシ樹脂製の接着剤に、１〜３００μｍの粒径を有するスペーサ（ガラスやプラスチック製のものが好ましい）を適量混合（０．１〜０．５重量％ほど）し、基板１０１上の接着剤塗布領域にディスペンサ等を用いて塗布する。次いで、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で、封止部材１０６を基板１０１に接着剤を介して当接させ、紫外線を接着剤に照射して硬化させる。このようにして、封止部材１０６と基板１０１との間の封止空間Ｓ内にアルゴンガス等の不活性ガスを封じ込めた状態で有機ＥＬ素子１１０を封止する（封止工程）。その後は、顕微鏡による目視検査等による検査工程によって不良形成品が排除され、有機ＥＬパネルを得る。

前述した成膜方法で、有機ＥＬ素子を製造すると、膜厚モニタ装置１の寿命を長期化することができるので、長期間の連続製造時に成膜状況のモニタが可能になり、また、特に精細なモニタが必要な場合にはモニタ感度を高くすることができるので、有機ＥＬパネルの量産を高品質で行うことができるようになる。

従来技術の説明図である。 本発明の実施形態に係る膜厚モニタ装置の構成を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る膜厚モニタ装置を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法を説明する説明図である。 有機ＥＬパネルの構造を示す説明図である。

符号の説明

１ 膜厚モニタ装置
２ 成膜源
３ 基板保持手段
４ 成膜室
１０ 本体
１１ 水晶振動子
１２ 遮蔽手段
１２Ａ，１２Ｃ 遮蔽部材
１２Ｂ，１２Ｄ 駆動モータ
１２Ａ_１ 非遮蔽部
１２Ａ_２ 遮蔽部
１３ 位置検出手段
１３Ａ，１３Ｃ 検出部
１３Ｂ，１３Ｄ 被検出部
１４ 移動制御手段
２０ 成膜装置
２１ 加熱制御手段
３０ 演算処理装置

Claims (10)

1. 基板上に成膜材料を成膜する成膜装置に設けられ、該基板上に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置であって、
   前記成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子と、
   該水晶振動子に向かって飛翔する前記成膜材料を間欠的に遮蔽するために、前記水晶振動子上に遮蔽部と非遮蔽部を交互に移動させる遮蔽手段と、
   前記遮蔽手段の移動に対して、前記水晶振動子と前記遮蔽手段の相対位置を検出する位置検出手段と、
   該位置検出手段の出力によって、前記遮蔽手段を移動又は停止させる移動制御手段とを備えることを特徴とする膜厚モニタ装置。
2. 前記位置検出手段の出力によって、前記移動制御手段は前記非遮蔽部を前記水晶振動子上に位置させた状態で前記遮蔽手段を停止させることを特徴とする請求項１に記載された膜厚モニタ装置。
3. 前記位置検出手段の出力によって、前記移動制御手段は前記遮蔽部を前記水晶振動子上に位置させた状態で前記遮蔽手段を停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載された膜厚モニタ装置。
4. 前記位置検出手段は、前記水晶振動子の保持部と該保持部に対面する前記遮蔽手段の移動部分の一方に単数又は複数の被検出部を設け、他方に該被検出部を検出する検出部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された膜厚モニタ装置。
5. 前記遮蔽手段は、前記遮蔽部と前記非遮蔽部を有する遮蔽部材を複数備え、前記移動制御手段は、所定のタイミングで各遮蔽部材の非遮蔽部が前記水晶振動子上で重なるように前記各遮蔽部材を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された膜厚モニタ装置。
6. 基板上に成膜材料を成膜する成膜装置において、
   該基板上に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置を設け、
   該膜厚モニタ装置は、
   前記成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子と、
   該水晶振動子に向かって飛翔する前記成膜材料を間欠的に遮蔽するために、前記水晶振動子上に遮蔽部と非遮蔽部を交互に移動させる遮蔽手段と、
   前記遮蔽手段の移動に対して、前記水晶振動子と前記遮蔽手段の相対位置を検出する位置検出手段と、
   該位置検出手段からの出力によって、前記遮蔽手段を移動又は停止させる移動制御手段とを備え、
   前記成膜材料を加熱する加熱制御手段を備えた成膜源と、
   該成膜源，前記基板を保持する基板保持手段，前記膜厚モニタ装置を装備した成膜室とを備え、
   前記膜厚モニタ装置のモニタ出力によって前記加熱制御手段を制御すると共に、前記膜厚モニタ装置のモニタ出力に基づく前記成膜源の成膜レートの状況に応じて前記移動制御手段を制御することを特徴とする成膜装置。
7. 前記成膜レートの立ち上がり時期では、前記移動制御手段が前記非遮蔽部を前記水晶振動子上に停止させ、
   前記成膜レートの安定時期には、前記移動制御手段が前記非遮蔽部と前記遮蔽部を交互に前記水晶振動子上に移動させることを特徴とする請求項６に記載された成膜装置。
8. 成膜材料を加熱する加熱制御手段を備えた成膜源と、基板を保持する基板保持手段と、該基板に成膜された薄膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ装置とを成膜室に装備した成膜装置によって、前記基板上に前記成膜材料を成膜する成膜方法において、
   前記成膜源の成膜レートの立ち上がり時期には前記膜厚モニタ装置を高感度に設定し、前記成膜レートの安定時期には前記膜厚モニタ装置を低感度に設定することを特徴とする成膜方法。
9. 前記膜厚モニタ装置は、前記成膜材料の付着量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子と、該水晶振動子に向かって飛翔する前記成膜材料を間欠的に遮蔽するために、前記水晶振動子上に遮蔽部と非遮蔽部を交互に移動させる遮蔽手段と、前記遮蔽手段の移動に対して、前記水晶振動子と前記遮蔽手段の相対位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段からの出力によって、前記遮蔽手段を移動又は停止させる移動制御手段とを備え、
   前記非遮蔽部を前記水晶振動子上に停止させて、前記膜厚モニタ装置を高感度に設定し、前記非遮蔽部と前記遮蔽部を交互に前記水晶振動子上に移動させて、前記膜厚モニタ装置を低感度に設定することを特徴とする請求項８に記載された成膜方法。
10. 請求項８又は９に記載された成膜方法によって、前記基板上に自発光素子の構成要素を成膜する自発光素子の製造方法。

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