JP2009149919A - 膜厚モニタ装置及びこれを備える成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メンテナンス終了後に再度成膜工程を実施可能とするための時間を短縮することで成膜工程の効率を向上させることが可能な膜厚モニタ装置及びこれを備える成膜装置を提供する。
【解決手段】 基板１１上に成膜材料１０が付着してなる薄膜の膜厚を測定するための膜厚モニタ装置５である。成膜材料１０が付着し、成膜材料１０の付着量によって共振周波数が変化する水晶振動子と、前記水晶振動子を囲むように形成され内部を熱媒が循環する熱媒循環路５ｂと、前記熱媒を循環させ、前記水晶振動子のメンテナンス時に前記水晶振動子に付着した成膜材料１０を除去するべく前記熱媒の温度を調整する熱媒温度調整手段５ｃと、を備えてなる。蒸着装置（成膜装置）Ａは、基板１１上に成膜材料１０を付着させて薄膜を形成するための真空室２を備え、真空室２に膜厚モニタ装置５を配設してなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に成膜材料が付着してなる薄膜の膜厚を測定するための膜厚モニタ装置及びそれを備える成膜装置に関するものである。

自発光素子であるためバックライト照明が不要であること、視野角が広く、大型の表示パネルに適すること等から有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルが注目されている。

このような有機ＥＬパネルは、ガラス材料からなる支持基板である透光性基板の所定箇所に、所定パターンの透明電極を形成し、前記透明電極上に絶縁層，正孔注入層，正孔輸送層，発光層，電子輸送層を順次積層して有機層を形成し、前記有機層上に電子注入層及び背面電極を積層形成して有機ＥＬ素子を得て、前記有機ＥＬ素子を封止基板によって気密的に覆うことで得られるものである。

かかる有機ＥＬパネルの製造工程においては、蒸着装置等の成膜装置が用いられる（例えば特許文献１参照）。例えば、前記有機層を形成するための蒸着装置は、排気ポートを介して真空ポンプで高真空に排気された真空室を有し、この真空室の下側に成膜材料を収納するルツボ（収納容器）を有する蒸着源が配設されている。この蒸着源は、加熱コイル等の加熱手段によって前記ルツボを介して前記成膜材料を加熱して蒸発させ、前記真空室の上側に保持される前記支持基板に成膜材料を付着させて前記有機層となる薄膜を形成するものである。

また、前記真空室内の前記蒸着源と前記支持基板との間の蒸着雰囲気中には、前記支持基板上に形成された薄膜の膜厚を測定するための膜厚モニタ装置が設けられている。この膜厚モニタは付着する成膜材料の量に応じて共振周波数が変化する水晶振動子を備え、この水晶振動子の共振周波数を測定することで前記薄膜の膜厚を算出するものである。

この膜厚モニタ装置の検出結果を示す検出データは、前記蒸着源の加熱を制御する制御手段に出力される。前記制御手段は、前記検出データに基づいて前記薄膜の膜厚を算出し、演算結果に基づいて前記蒸着源の加熱制御を行う、所謂フィードバック制御を行うことで所定の成膜レートに応じた成膜を行うものである。

しかしながら、かかる膜厚モニタ装置においては、前記水晶振動子が常に前記成膜材料を含む蒸着雰囲気に晒されるため、連続して成膜工程を実施すると前記水晶振動子に多量の前記成膜材料が堆積する。そのため、精度良く薄膜の膜厚検出を行うためには一定時間毎に前記水晶振動子をクリーニングあるいは交換する等のメンテナンスを行う必要があった。また、このメンテナンスを要する間隔を長くする方法として、膜厚モニタ装置に遮蔽板を設ける方法が特許文献２に開示されている。
特開２００３−１９３２１７号公報 特開平１１−２２２６７０号公報

しかしながら、前述の方法では、前記メンテナンスを行う際には前記真空室を大気開放しなければならず、前記メンテナンス終了後に再度成膜工程が実施可能となるために時間を要するという問題点があった。

そこで、本発明は、前述した問題点に着目し、メンテナンス終了後に再度成膜工程を実施可能とするための時間を短縮することで成膜工程の効率を向上させることが可能な膜厚モニタ装置及びこれを備える成膜装置を提供するものである。

本発明の膜厚モニタ装置は、前記課題を解決するため、基板上に成膜材料が付着してなる薄膜の膜厚を測定するための膜厚モニタ装置であって、前記成膜材料が付着し、前記成膜材料の付着量によって共振周波数が変化する水晶振動子と、前記水晶振動子を囲むように形成され内部を熱媒が循環する熱媒循環路と、前記熱媒を循環させ、前記水晶振動子のメンテナンス時に前記水晶振動子に付着した前記成膜材料を除去するべく前記熱媒の温度を調整する熱媒温度調整手段と、を備えてなることを特徴とする。

また、前記熱媒は、フロロカーボンオイルからなることを特徴とする。

また、前記熱媒温度調整手段は、前記膜厚の膜厚を測定する際には、前記メンテナンス時よりも低い温度となるように前記熱媒の温度を調整することを特徴とする。

また、本発明の成膜装置は、基板上に成膜材料を付着させて薄膜を形成するための真空室を備え、前記真空室に上記の膜厚モニタ装置の何れかを配設してなる。

また、前記成膜材料を加熱する加熱手段を有する成膜源と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記膜厚モニタ装置の検出データに基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えてなる。

本発明は、基板上に成膜材料が付着してなる薄膜の膜厚を測定する膜厚モニタ装置及びそれを備える成膜装置に関するものであって、メンテナンス終了後に再度成膜工程を実施可能とするための時間を短縮することで成膜工程の効率を向上させることが可能となる。

以下、本発明を適用した膜厚モニタ装置を有機ＥＬ素子の成膜工程を行う蒸着装置に配設した実施の形態を添付図面に基づき説明する。

図１は、蒸着装置（成膜装置）Ａを示すものである。蒸着装置Ａは、排気ポート１を介して図示しない真空ポンプで高真空に排気された真空チャンバー（真空室）２を有している。真空チャンバー２の下側には、成膜材料を収納するルツボ（収納部材）を有する蒸着源（成膜源）３が配設されている。

蒸着源３は、図２に示すように、ルツボ３ａを有し、ルツボ３ａの周囲に加熱コイル（加熱手段）３ｂが捲回されるとともに、加熱コイル３ｂによる熱を良好にルツボ３ａに伝達するために熱遮蔽板３ｃがルツボ３ａ及び加熱コイル３ｂの外側を覆うように配設されている。なお、本実施形態においてはルツボ３ａに収納される成膜材料１０は例えば蒸発性の有機材料からなるものであり、真空チャンバー２の上側に保持される支持基板１１に付着して有機ＥＬ素子の有機層となるものである。

また、蒸着装置Ａには、蒸着源３の温度調整を行うための制御手段４が備えられている。この制御手段４は、後で詳述する膜厚モニタ装置５からの検出データを所定周期で入力するとともに、入力された検出データに基づき支持基板１１に形成される薄膜（有機層）の膜厚を所定の演算処理によって求め、この演算結果と予め設定される基準値とを比較し、この比較結果に基づいて所定の成膜レートで薄膜を形成するべく加熱コイル３ｂに対して電流量調整等のフィードバック制御を行うものである。

膜厚モニタ装置５は、支持基板１１に形成される薄膜の膜厚を測定するためのものである。膜厚モニタ装置５は、蒸着源３と支持基板１１との間の成膜材料１０の蒸着経路中に配設され、水晶振動子５ａと熱媒循環チューブ（熱媒循環路）５ｂと熱媒温度調整手段５ｃと、を有する。

水晶振動子５ａは、図３に示すように、膜厚モニタ装置５のヘッド部に蒸発した成膜材料１０が付着可能に配置され、成膜材料１０の付着量に応じて共振周波数が変化するものである。膜厚モニタ装置５は、この共振周波数の変化を検出データとして制御手段４に出力し、この検出データに基づいて制御手段４にて薄膜の膜厚が算出される。なお、膜厚モニタ装置５に別途制御手段を備えて薄膜の膜厚の算出を行う構成であってもよい。

熱媒循環チューブ５ｂは、図３に示すように、熱媒温度調整手段５ｃから延設されるとともに膜厚モニタ装置５の前記ヘッド部において水晶振動子５ａを囲むように設けられるものであり、その内部を熱媒（熱媒体）５ｄが循環する。熱媒５ｄとしては、例えば高温用のフロロカーボンオイルが用いられる。

熱媒温度調整手段５ｃは、例えば高温サーキュレータからなり、熱媒循環チューブ５ｂ内に熱媒５ｄを循環させるポンプ等の循環機構と熱媒５ｄの温度調整を行うヒータ等の温度調整機構とを備える。熱媒温度調整手段５ｃは熱媒循環チューブ５ｂを介して水晶振動子５ａ周辺に熱媒５ｄを供給する。また、供給された熱媒５ｄは水晶振動子５ａ周辺から熱媒温度調整手段５ｃに環流する。

一方、真空室２の上側には、ガラス材料からなる支持基板１１（有機ＥＬパネルの場合、有機層が形成される前段階において、透明電極及び絶縁層等が既に形成されている）を保持する基板ホルダー６と、支持基板１１に所定の蒸着パターンを形成するため蒸着マスク７を備えたマスクホルダー８とを備え、蒸着源３に対し支持基板１１を位置決め保持するための基板保持部材（基板保持手段）９が備えられている。

以上の各部によって蒸着装置Ａが構成されている。

従って、蒸着装置Ａは、膜厚モニタ装置５の水晶振動子５ａのメンテナンス時において、熱媒温度調整手段５ｃによって例えば１００〜４００℃程度に加熱された熱媒５ｄを熱媒循環チューブ５ｂを介して水晶振動子５ａ周辺で循環させることで水晶振動子５ａに付着した成膜材料１０を加熱し、成膜材料１０を再蒸発させて水晶振動子５ａから除去して水晶振動子５ａのクリーニングを実施することができる。かかる作業には真空室２を大気開放する必要がなく、メンテナンス終了後に再度成膜工程を実施可能とするまでに要するのは熱媒５ｄの温度上昇及び下降の時間のみとなり、成膜工程の効率を向上させることが可能となる。

なお、蒸着装置Ａにて成膜工程を実施する際には、熱媒温度調整手段５ｃによって熱媒５ｄをメンテナンス時よりも低い温度（特に１０〜８０℃程度）とすることで、一旦水晶振動子５ａに付着した成膜材料１０が再蒸発することを低減でき、安定した膜厚測定を行うことができる。

また、本実施形態においては、膜厚モニタ装置５は単一の前記ヘッド部を有するものであったが、水晶振動子５ａを備える複数のヘッド部を設け、１つのヘッド部によって膜厚測定を行うとともに他のヘッド部のメンテナンスを行うものであってもよい。かかる構成によれば、成膜工程の効率はさらに向上することができる。なお、かかる構成においては、それぞれのヘッド部周辺に熱媒５ｄを循環させるための熱媒循環チューブ５ｂが設けられる。

尚、本実施形態では、有機ＥＬパネルの蒸着装置Ａに適用したが、本発明は、基板上に成膜材料が付着してなる薄膜の膜厚の測定を要する成膜装置に広く適応可能である。

本発明の実施形態における蒸着装置を示す図。 同上実施形態の蒸着源を示す図。 同上実施形態の膜厚モニタ装置を示す図。

符号の説明

Ａ 蒸着装置
２ 真空室
３ 蒸着源
３ａ ルツボ（収納部材）
４ 制御手段
５ 膜厚モニタ装置
５ａ 水晶振動子
５ｂ 熱媒循環チューブ（熱媒循環路）
５ｃ 熱媒温度調整手段
５ｄ 熱媒
１０ 成膜材料
１１ 支持基板

Claims (5)

1. 基板上に成膜材料が付着してなる薄膜の膜厚を測定するための膜厚モニタ装置であって、
   前記成膜材料が付着し、前記成膜材料の付着量によって共振周波数が変化する水晶振動子と、
   前記水晶振動子を囲むように形成され内部を熱媒が循環する熱媒循環路と、
   前記熱媒を循環させ、前記水晶振動子のメンテナンス時に前記水晶振動子に付着した前記成膜材料を除去するべく前記熱媒の温度を調整する熱媒温度調整手段と、
   を備えてなることを特徴とする膜厚モニタ装置。
2. 前記熱媒は、フロロカーボンオイルからなることを特徴とする請求項１に記載の膜厚モニタ装置。
3. 前記熱媒温度調整手段は、前記薄膜の膜厚を測定する際には、前記メンテナンス時よりも低い温度となるように前記熱媒の温度を調整することを特徴とする請求項１に記載の膜厚モニタ装置。
4. 基板上に成膜材料を付着させて薄膜を形成するための真空室を備え、
   前記真空室に請求項１から請求項３のいずれかに記載の膜厚モニタ装置を配設してなることを特徴とする成膜装置。
5. 前記成膜材料を加熱する加熱手段を有する成膜源と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記膜厚モニタ装置の検出データに基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、を備えてなることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。

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