JP2011042868A - 真空蒸着方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機ELデバイスの製造装置において、蒸発させた蒸着材料を線上に配置した複数のノズルを介して真空槽の内部に放出させる蒸発源の各ノズルからの有機EL材料の蒸発量を、蒸発量モニタ手段で各ノズルにモニタし、このモニタした各ノズルの有機EL材料の蒸発量の情報を用いて制御手段で蒸発源を制御するようにした。
【選択図】図16
Description
この有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を含む多層膜が積層された構造になっている。この有機層を形成する材料として高分子材料と低分子材料を用いたものがある。このうち低分子材料を用いる場合には、真空蒸着装置を用いて有機薄膜を形成する。
有機ELデバイスの特性は有機層の膜厚の影響を大きく受ける。一方、有機薄膜を形成する基板は年々大形化してきている。したがって、真空蒸着装置を用いる場合、大型の基板上に形成される有機薄膜の膜厚を高精度に制御する必要がある。
特許文献3には膜厚モニタで検出した膜厚に基づいて蒸着速度を検出し、これにより蒸着される膜厚を予測して基板上に薄膜を形成する成膜装置が記載されている。しかし、基板上に形成される薄膜を均一化させるための手段については開示されていない。
真空排気されたチャンバ内において、基板に加熱により気化された蒸着材料を蒸着する蒸着装置を、基板を保持する基板保持手段と、蒸着材料を気化させてノズルから放出する一方向に長い形状を有する蒸発源と、蒸発源の長い一方向と垂直な方向に蒸発源又は基板を保持する基板保持手段の少なくとも一方を移動させる第1の移動手段と、蒸発源からの蒸着材料の放出レートを検出する検出手段と、蒸発源又は検出手段の少なくとも一方を蒸発源の長い一方向と平行に移動させる第2の移動手段と、基板保持手段と蒸発源と第1の移動手段と検出手段と第2の移動手段とを制御する制御手段とで構成し、制御手段で第2の移動手段を制御して検出手段又は蒸発源の少なくとも一方を移動させることにより蒸発源の放出レートの長手方向の分布を計測するようにした。
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
その後、上記フローを繰返して行なう。
処理室の構成は処理内容によって異なるが、真空で発光材料を蒸着しEL層を形成する処理室1bu(第2の実施例においては、処理室201と表記する)を例にとって説明する。搬送室202の内部に設置された搬送ロボット205は、左右に旋回可能な構造のアーム251を有し、その先端には基板搬送用の櫛歯状ハンド252を装着している。
また、上記本実施例によれば、図11に示すように処理室1での基板6の1枚当たりの処理サイクルは実質的に蒸着時間と蒸発源部71の移動時間とを足し合せた時間となり、生産性を向上させることができる。前述の条件で処理時間を評価すれば、基板を1枚しか装着できない方式の2分に対し、本発明では1分5秒となり、処理室1ひとつあたりの生産性を約2倍に向上できる。
受渡室304a〜cは隣接するクラスタとの間で基板61の受け渡しを行うために用いられる。処理室301a-1〜f-2では、処理対象の基板61に真空蒸着による成膜処理を施す。クラスタを構成する各室との間にはゲート弁310が設けられ、各室毎に真空度を保つことが可能である。ロードロック室331では、ゲート弁310を閉じて、搬入した基板61の雰囲気を大気圧から真空、または真空から大気圧に切替える機能を持たせる。成膜処理中は各処理室301a-1〜f-2及び各搬送室302a〜cは真空ポンプ(図示せず)によって10−3〜10−5Pa台の真空度が維持されている。
処理室301a-1〜f-2の構成は有機層を成膜する処理301a−1を例にとって説明する。
図13には第3の実施例に基づく搬送室302a〜cと処理室301a-1〜f-2の内部構造の概要を、搬送室302aと処理室301a-1を例に挙げて説明する。図13に示すように本実施例では、蒸発源371を定点観測する膜厚モニタ319の他に、蒸発源371の上部に蒸発源371の長手方向を線上にスキャン可能な膜厚モニタ320を設けている。
各搬送室302、処理室301、搬送ロボット305受渡室304、蒸発源371を含む装置300の全体は、制御部350で制御される。
以上に示した方法により基板61に蒸着膜を成膜する場合、膜厚の均一性を確保するためには、蒸発源371長手方向の温度制御は欠かせない。図15に示すように、蒸発源371は長手方向に複数の加熱制御ブロック371Bに分割して加熱制御する。加熱制御ブロック371Bにはそれぞれヒータ371Hが設けられている。蒸発源371内部には蒸着材料371Zを仕込んだるつぼ371Cが収められており、ヒータ371Hへの通電によりるつぼ371aとそれに充填した蒸着材料371Zが加熱されて、気化する。蒸発源371には温度を検知する熱電対371Sを有し、制御装置350には、温度センサ371Sの検知する温度出力により、所定のプロセス温度になるように制御する。温度センサ371Sは、特定の加熱制御ブロック371Bに1つだけ設けても、各加熱制御ブロック371Bにそれぞれ設けてもどちらでも構わない。
処理室301a-1外部にモータ324Mを設け、真空気密を保つ磁性流体シールを持つ真空回転導入機構324Sを回転させ、それに接続した1対の支持部材322で支持されているボールねじ324Pを回転させる。ボールねじのナット324Kとリニアガイドのガイド機構325は第2の膜厚モニタ320Bに接続しており、モータ324Mの回転により、第2の膜厚モニタ320Bは蒸発源371の長手方向のスキャン測定を行う。
上記の測定結果の一例を図16(a)〜(c)に示す。この例では蒸発源371のノズル373全てが同一の蒸着材料の放出レートを持つ場合に基板に対して均一な膜が得られるケースである。第2の膜厚モニタ320Bの水晶振動子326の周囲を筒状のシールド328で覆うことにより、蒸発源371のノズル373が穴状である場合には、水晶振動子326がノズルの正面に来た時に検出するレートはピークを迎える。スキャン速度を適宜調整し、スキャン開始からの秒数でノズル373の正面に水晶振動子326が通過するかを確認しておけば、それぞれのレートのピークはどのノズル373の穴に対応するかを把握することができる。正常であれば図16(a)のように同じ高さの波形が繰返し測定できる。図16(b)には、加熱制御ブロック371BLからの蒸発量が低下した状態を示す。また、図16(c)には、一つのノズルに詰まりが発生して蒸着物質の放出量が低下した状態を示す。
ノズル373の長手方向又は配列方向の気化した蒸着材料の放出レートの分布を測定した結果をヒータ制御に応用すれば、従来のように基板に膜付けを行いながら各ヒータ371Hへの供給電力調整を基板に膜付けすることなく、装置単体で自動的かつより精密に実施することができる。
先ず蒸着源371を退避位置へ移動させる(S1801).次に、退避位置で第2の膜厚モニタ320Bを蒸着源371のノズル配列方向に一定速度で移動させて、各ノズルからの気化した蒸着材料の放出量を検出する(S1802)。次に、制御部350において、膜厚モニタ320Bの移動時間と検出値のピーク値との関係から、蒸着源371のノズル373位置と測定値とのマッチングを取り(S1803)、蒸着源371の各加熱制御ブロック単位で各ノズル373からの放出量のピーク値の平均を求める(S1804)。次に、制御用熱伝対を取り付けた加熱制御ブロックの各ノズル373からの放出量の平均値を基準として、各加熱ブロックの各ノズル373からの放出量の平均値を比較して(S1805)、差が予め設定した許容量を超えて大きい加熱ブロックの有無をチェックし(S1806)、差が許容量を超えて大きいと判定された加熱ブロックについてはその過熱ブロックのヒータ電力を低減して(S1807)再びS1802からのステップを繰返す。
一方、差が許容量を超えていないと判断された場合には、次に差が許容量を超えて小さい加熱ブロックの有無をチェックし(S1808)、差が許容量を超えて小さいと判定された加熱ブロックについてはその加熱ブロックのヒータ電力を増加させて(S1809)再びS1802からのステップを繰返す。全ての加熱ブロックについて基準値との差が許容範囲内であると判定された場合には正常と判定し(S1810)、操作を終了する。
先ず蒸着源371を退避位置へ移動させる(S2001).次に、退避位置で第2の膜厚モニタ320Bを蒸着源371のノズル配列方向に一定速度で移動させて、各ノズルからの気化した蒸着材料の放出量を検出する(S2002)。次に、制御部350において、膜厚モニタ320Bの移動時間と検出値のピーク値との関係から、蒸着源371のノズル373位置と測定値とのマッチングを取り(S2003)、蒸着源371の各ノズル373からの放出量のピーク値の平均を求める(S2004)。次に、各ノズル373からの放出量の平均値に基づいて基準値を設定し(S2005)、各ノズル373からの放出量を基準値と平均値を比較して差が予め設定した許容値を超えたノズルの有無をチェックし(S2006)、差が全て許容値以下の場合は正常と判断して(S2007)、操作を終了する。
以上で示した蒸発源371の長手方向の気化した蒸着材料371Zの放出レートの分布の測定データは基板61を1枚成膜する毎において、その着工前又は後にデータを蓄積することが可能である。このため、不良発生時に原因工程の特定を行うための品質管理データとしても活用できる。
次に、実施例3において膜厚モニタ320A及び320Bをモニタしてその寿命を予測しながら基板61への蒸着を順次繰返して実行する操作の手順について、図21を用いて説明する。
先ず、基板61への蒸着を開始する前の準備作業として。以下を実施する。
最初に、蒸発源371と連動する膜厚モニタ320Aで蒸発源371の各ノズルから放出される気化した蒸着材料の放出レートを測定する(S2101)。次に、蒸発源371を所定の速度で駆動して蒸着によりサンプル基板上に薄膜を形成する(S2102)。
基板61への蒸着中又は蒸着の合間に膜厚のモニタを行う膜厚モニタ320A及び320Bの水晶振動子326の検出面に蒸着材料が堆積すると、水晶振動子326の水晶発振周波数が低下する。膜厚モニタ320A及び320Bでは単位時間当たりの水晶発信周波数の変化を成膜レートに変換するものであり、析出した膜厚と水晶発信周波数の変化が線形的に変化する範囲で使用する。そこで、この線形的に変化する範囲の下限を超える前に膜厚モニタ320A及び320Bの寿命時期を予測して寿命時期を迎える前に膜厚モニタ320A又は320Bを交換することが、膜厚不良品を出さず、且つスループットを落とさずに生産を続ける上で重要になる。
Claims (20)
- 真空排気されたチャンバ内において、基板に加熱により気化された蒸着材料を蒸着する蒸着装置であって、
基板を保持する基板保持手段と、
蒸着材料を気化させてノズルから放出する一方向に長い形状を有する蒸発源と、
前記蒸発源の長い一方向と垂直な方向に前記蒸発源又は前記基板を保持する基板保持手段の少なくとも一方を移動させる第1の移動手段と、
前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出レートを検出する検出手段と、
前記蒸発源又は前記検出手段の少なくとも一方を前記蒸発源の長い一方向(長手方向)と平行に移動させる第2の移動手段と、
前記基板保持手段と前記蒸発源と前記第1の移動手段と前記検出手段と前記第2の移動手段とを制御する制御手段とを備え、
該制御手段で前記第2の移動手段を制御して前記検出手段又は前記蒸発源の少なくとも一方を移動させることにより前記蒸発源の放出レートの前記長手方向の分布を計測することを特徴とする真空蒸着装置。 - 前記蒸発源は、一方向に長い形状をもって複数の加熱手段を有することを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置。
- 前記制御手段は、前記基板保持手段又は前記蒸発源の少なくともどちらか一方を制御して、前記検出手段で前記蒸発源の放出レートの前記長い一方向の分布の計測を行うときに、前記蒸発源のノズルから放出された蒸着材料が前記基板保持手段に保持された基板に到達しない位置に前記基板保持手段と前記蒸発源とを相対的に移動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の真空蒸着装置
- 前記基板保持手段と前記蒸発源の間に前記蒸発源と相対的に移動可能に設けられたシャッタ若しくは遮蔽板手段を更に備え、該シャッタ若しくは遮蔽板手段は、前記検出手段が前記蒸発源の放出レートの前記長手方向の分布を少なくとも計測する時に前記蒸発源のノズルの前面又は側方を覆うように設置されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 前記検出手段の検出部が水晶振動子であり、当該検出部の周辺に筒状又は板状の遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 前記基板保持手段は、前記被処理基板を垂直に立てて保持し、前記基板保持手段または前記蒸発源の少なくともどちらか一方が鉛直方向又は鉛直方向に対して直角方向に走査することで基板上に成膜を施すことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 内部を排気して真空状態に維持した真空槽内において被処理基板の表面に蒸着により薄膜を形成する真空蒸着部を有する真空蒸着装置であって、
線上に配置した複数のノズルを介して加熱により気化させた蒸着材料を前記真空槽内に放出させる蒸発源と、
前記処理基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段で保持された被処理基板に沿って前記蒸発源を前記線上に配置した複数のノズルの配列方向に対して直角な方向に相対的に走査させる駆動手段と、
前記蒸発源が有する前記ノズルにおいて、1つ又は隣接する複数のノズルをグループとして、前記ノズルのグループそれぞれから放出される前記蒸着材料の個別の放出レートを検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする真空蒸着装置。 - 前記真空蒸着部は、前記基板保持手段と前記蒸発源駆動手段とを二組内部に備え、更に、前記蒸発源を前記二組の蒸発源駆動手段の間を移送する蒸発源移送手段を備え、前記検出手段を前記蒸発源移送手段で前記蒸発源を前記二組の蒸発源駆動手段の間を移送する移送系路上に配置したことを特徴とする請求項7記載の真空蒸着装置。
- 前記真空に維持された雰囲気中で前記被処理基板を前記真空蒸着部に接続する搬送室を経由して前記複数の真空蒸着部間で受け渡しする基板受渡部を前記搬送室の内部に設置し、前記搬送室と前記複数の真空蒸着部との間にはそれぞれゲート弁が配置されていることを特徴とする請求項7記載の真空蒸着装置。
- 真空排気手段を備えた真空槽と、
線上に配置した複数のノズルを介して前記真空槽の内部に加熱により気化させた前記蒸着材料を放出させる蒸発源と、
被処理基板を保持する前記基板保持手段と、
前記基板保持手段で保持された被処理基板に沿って前記蒸発源を前記線上に配置した複数のノズルの配列方向に対して直角な方向に走査させる蒸発源駆動手段と、
前記蒸発源が有する前記ノズルにおいて、1つ又は隣接する複数のノズルをグループとして、前記ノズルのグループそれぞれから放出される前記蒸着材料の個別の放出レートを検出する検出手段と、
を備えた事を特徴とする真空蒸着装置。 - 前記蒸発源の線上に配置した複数のノズルに沿って前記蒸発源と前記検出手段のうち少なくとも一方を相対的に移動させることにより前記蒸発源の前記ノズルのグループ毎に前記材料の放出レートを検出する事を特徴とする請求項7乃至10の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 気化した前記蒸着材料の放出レートの前記検出手段により、前記ノズルのグループのうちの何れかからの前記蒸着材料の放出の状態が異常である事を検知した時に、異常に関する情報を出力する異常情報出力手段を備えることを特徴とする請求項7乃至11の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 前記モニタ手段でモニタした前記ノズルのグループ毎の前記蒸着材料の放出レートの情報を用いて前記蒸発源を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項7乃至12の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 前記蒸発源は個別に制御可能な複数の加熱部を備え、前記検出手段で検出した前記ノズルのグループ毎の放出レートに応じて前記複数の加熱部を個別に制御することを特徴とする請求項7乃至13の何れかに記載の真空蒸着装置。
- 内部を排気して真空状態に維持した真空槽に接続した第1の真空蒸着部において、表面をシャドウマスクで覆った被処理基板の表面に蒸着により薄膜を形成し、該薄膜を形成した基板を真空に維持された雰囲気中で前記第1の真空蒸着部から第2の真空蒸着部に受け渡して該第2の真空蒸着部で処理する真空蒸着方法であって、
前記第1の真空蒸着部において、
前記被処理基板に蒸着膜を形成する前に前記蒸発源を待機位置に位置している状態で、前記蒸発源の線上に配置した複数のノズルと第2のモニタ手段とを相対的に走査して前記蒸発源の線上に配置した複数のノズルの個々のノズルからの前記蒸着材料の放出状態をモニタし、
前記処理基板を前記シャドウマスクで覆った状態で、蒸発源の線上に配置した複数のノズルを介して蒸着材料を前記真空槽内に放出させながら該蒸発源を前記被処理基板に沿って前記線上に配置した複数のノズルの配列方向に対して直角な方向に相対的に移動させることにより、前記シャドウマスクを介して被処理基板に蒸着膜を形成し、
該被処理基板に蒸着膜を形成しているときに前記蒸発源から放出される前記蒸着材料の放出状態を第1のモニタ手段でモニタすることを特徴とする真空蒸着方法。 - 前記蒸発源の複数のノズルの個々のノズルからの前記蒸着材料の放出状態をモニタすることにより、前記個々のノズル、又は、複数のノズルごとの前記蒸着材料の放出状態を判定することを特徴とする請求項15記載の真空蒸着方法。
- 前記第1の真空蒸着部は、前記基板を保持する手段と前記蒸発源を前記基板に沿って相対的に駆動する手段とを二組備え、前記蒸発源を前記二組の蒸発源を相対的に駆動する手段の間を移送する移送系路上で前記蒸発源の線上に配置した複数のノズルの個々のノズルからの前記蒸着材料の放出レートを検出することを特徴とする請求項15又は16に記載の真空蒸着方法。
- 前記蒸着材料の放出レートを検出して前記蒸着材料の放出の状態が異常である事を検知した時に、異常に関する情報を出力する異常情報出力手段を備えることを特徴とする請求項15乃至17の何れかに記載の真空蒸着方法。
- 前記検出した前記複数のノズル毎の前記蒸着材料の放出のレートの情報を用いて前記蒸発源を制御することを特徴とする請求項15乃至18の何れかに記載の真空蒸着方法。
- 前記蒸発源は個別に制御可能な複数の加熱部を備え、前記検出手段で検出した前記ノズルの放出の状態に応じて前記複数の加熱部を個別に制御することを特徴とする請求項19に記載の真空蒸着方法。
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