JP2012112035A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバー５０と、基板保持機構と、蒸着源３０と、モニタ用膜厚センサー２０と、制御系６０と、校正用膜厚センサー１０と、を有し、モニタ用膜厚センサー２０と校正用膜厚センサー１０のうち計測精度を高める方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離が、他方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする、真空蒸着装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空蒸着装置、特に、有機ＥＬ素子を作製するための真空蒸着装置に関する。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、一般的に、透明導電膜（例えば、インジウム錫酸化物）からなる電極と金属（例えば、Ａｌ）からなる電極との間に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層等からなる有機薄膜層が設けられてなる電子素子である。陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子が、それぞれ正孔輸送層、電子輸送層を介して発光層で再結合することで生じる励起子が基底状態に戻るときに、有機発光素子は発光する。

ところで有機ＥＬ素子の製造方法の一つとして真空蒸着法が知られている。例えば、有機ＥＬ素子の構成材料（蒸着材料）をルツボに入れ、真空装置内で蒸着材料の気化温度以上に加熱することで、蒸着材料の蒸気を発生させ、有機ＥＬ素子の基体となる基板に蒸着材料を堆積して有機薄膜層を形成する。

真空蒸着法を利用した有機ＥＬ素子の製造工程では、水晶振動子を用いた膜厚センサーにより蒸着レートをモニタし、蒸着材料の蒸発量（蒸気の発生量）を制御する方法が知られている。蒸着レートをモニタしなければ、成膜中の基板への付着量（基板上に形成される薄膜の膜厚）が不明となり、基板上での膜厚を目標とする値に合わせることが困難となるからである。

しかし、水晶振動子への蒸着材料の付着量が多くなるに従い、膜厚センサーが示す蒸着レート指示値と、基板上での付着量に差異が生じてくる。これは、水晶振動子に付着する蒸着材料の増加に伴い、水晶振動子の周波数が変化することに起因する。この現象は、基板に形成される薄膜の膜厚の目標値との誤差の許容範囲が狭い場合に特に問題となる。通常、有機ＥＬ素子の一層当たりの膜厚は、数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることから、膜厚の目標値との誤差の許容範囲が数ナノメートルの単位となる。そうすると、蒸着レート指示値と基板上での付着量（基板上に形成される薄膜の膜厚）の差は製造歩留り低下の要因になり得る。

上記の問題を解決する手段として、特許文献１にて開示される、膜厚制御用の膜厚センサーと膜厚校正用の膜厚センサーとを備えた真空蒸着装置がある。特許文献１の真空蒸着装置では、蒸着レートを一定に保つ為に、膜厚制御用の膜厚センサーの測定誤差を、膜厚校正用の膜厚センサーにて校正する。こうすることで基板への蒸着材料の付着量を安定的に目標値に収めることができる。

特開２００８−１２２２００号公報

ところで、校正用の膜厚センサーおよびモニタ膜厚センサーを用いて成膜を行う際、いずれか一方の膜厚センサーのモニタ精度をより高くしたいという要望がある。一般的に、蒸着源の開口部から蒸発する蒸着材料の分布が楕円球体になる（ＣＯＳ（コサイン）則に従う。）。これを考慮すると、間欠的に利用する膜厚校正用の膜厚センサーの校正精度を高めたい場合、特許文献１に開示のセンサーの配置では膜厚校正用の膜厚センサーに入射する蒸着材料の付着量が少なくなる可能性があり、不十分である。また、モニタ用膜厚センサーのモニタ精度を向上させるに当たっても同様である。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供することである。

本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバーと、
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を開口部から放出させる蒸着源と、
前記基板に前記蒸着材料を成膜する際に、前記蒸着材料の蒸着レートを計測して前記蒸着源の温度制御を行うためのモニタ用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによる計測データに基づいて前記蒸着源の温度制御を行う温度制御器と、前記モニタ用膜厚センサーと接続されて蒸着レートを算出する膜厚制御器と、からなる制御系と、
前記蒸着材料の蒸着レートを計測して前記モニタ用膜厚センサーによる計測データを校正するための校正値を前記制御系に出力する校正用膜厚センサーと、を有し、
前記モニタ用膜厚センサーと前記校正用膜厚センサーのうち計測精度を高める方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離が、他方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする。

本発明によれば、蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供することができる。

具体的には、本発明の真空蒸着装置は、蒸着源の開口との距離が近い方の膜厚センサーの計測精度に応じて、基板に成膜される蒸着材料の蒸着レートを高精度で管理し、有機ＥＬ素子の製造歩留まりを向上させることができる。例えば、計測精度の高い位置に校正用膜厚センサーを配置して、間欠的に校正されるモニタ用膜厚センサーの計測データにより蒸着源を制御すると、基板に成膜される蒸着材料の蒸着レートを高精度で校正し、有機ＥＬ素子の製造歩留まりを向上させることができる。一方、計測精度の高い位置にモニタ用膜厚センサーを配置し、モニタ用膜厚センサーの計測データにより蒸着源の温度を制御すると、モニタ精度向上により基板に成膜される蒸着材料の蒸着中の蒸着レートが安定し、目標膜厚に対して精度良く成膜することができる。

本発明の真空蒸着装置における第一の実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、真空蒸着装置の全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空蒸着装置を構成する制御系の概要を示す回路ブロック図である。 校正工程の例を示すフロー図である。 本発明の真空蒸着装置においてモニタ用膜厚センサーの計測精度を向上させる第二の実施形態を示す模式図である。 本発明の真空蒸着装置においてモニタ用膜厚センサーの計測精度を向上させる第三の実施形態を示す模式図である。 本発明の真空蒸着装置において校正用膜厚センサーの計測精度を向上させる第四の実施形態を示す模式図である。

本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバーと、基板保持機構と、蒸着源と、モニタ用膜厚センサーと、制御系と、校正用膜厚センサーと、を有している。

ここで基板保持機構は、基板を保持するための部材である。蒸着源は、基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させるための部材である。モニタ用膜厚センサーは、基板に蒸着材料を成膜する際に、対象となる蒸着材料の蒸着レートを計測して蒸着源の温度制御を行うための部材である。制御系は、モニタ用膜厚センサーによる計測データに基づいて蒸着源の温度制御を行うための部材である。また制御系は、モニタ用膜厚センサーによる計測データに基づいて蒸着源の温度制御を行う温度制御器と、モニタ用膜厚センサーと接続されて蒸着レートを算出する膜厚制御器と、からなる。校正用膜厚センサーは、蒸着材料の蒸着レートを計測してモニタ用膜厚センサーによる計測データを校正するための校正値を制御系に出力するための部材である。

本発明の真空蒸着装置において、モニタ用膜厚センサーと校正用膜厚センサーのうち計測精度を高める方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離は、他方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離よりも短い。即ち、蒸着源の開口部の中心からモニタ用膜厚センサーまでの距離と、蒸着源の開口部の中心から校正用膜厚センサーまでの距離との間には、下記（ａ）又は（ｂ）の関係を満たしている。
（ａ）蒸着源の開口部の中心からモニタ用膜厚センサーまでの距離が、蒸着源の開口部の中心から校正用膜厚センサーまでの距離よりも長い関係（第一の態様）
（ｂ）蒸着源の開口部の中心からモニタ用膜厚センサーまでの距離が、蒸着源の開口部の中心から校正用膜厚センサーまでの距離よりも短い関係（第二の態様）
ここで距離とは、２つの部材間の直線距離をいうものである。具体的には、蒸着源（の開口部中心）とセンサー（モニタ用膜厚センサー・校正用膜厚センサー）とが特定の空間座標（ｘｙｚ空間座標）内に、それぞれ（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）と（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）とに配置される場合に下記式（ｉ）内のｄで表される。
ｄ＝｛（ｘ₂−ｘ₁）²＋（ｙ₂−ｙ₁）²＋（ｚ₂−ｚ₁）²｝^1/2 （ｉ）

尚、センサー側の座標である（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）は、具体的には、センサーの成膜面の中心点の座標をいうものである。

［実施例１］
以下、図面を参照しながら、校正用膜厚センサー１０の校正精度を高める場合での第一の実施形態を説明する。図１は、本発明の真空蒸着装置における本実施形態を示す模式図である。ここで（ａ）は、真空蒸着装置の全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空蒸着装置を構成する制御系の概要を示す回路ブロック図である。図１（ａ）の真空蒸着装置１は、真空チャンバー５０内に、校正用膜厚センサー１０と、モニタ用膜厚センサー２０と、蒸着源３０と、基板保持機構（不図示）とが所定の位置に設けられている。尚、蒸着源３０に対する校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の相対的位置については後述する。

図１の真空蒸着装置１において、基板保持機構は、基板４０を保持するために設けられる部材であって、マスク４１の上に載置された基板４０をマスク４１にて支持することで保持する。制御系６０は、真空チャンバー５０の外側に設けられ、膜厚制御器６１と温度制御器６２とを有している。図１（ａ）及び（ｂ）に示されように、真空チャンバー５０内に設けられる２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０）は、膜厚制御器６１に電気接続されている。また図１（ａ）及び（ｂ）に示されように、真空チャンバー５０内に設けられる蒸着源３０は、温度制御器６２に電気接続されている。

蒸着源３０は、蒸着材料３１を収容するルツボと、ルツボを加熱するためのヒーターと、蓋と、蓋に備えられた開口部３２と、リフレクターと、を備えている。蒸着材料３１は、ルツボ内で加熱され、蓋に設けられた開口部３２から蒸気が放出される。蒸着源３０から発生する蒸着材料の蒸気は、マスク４１を介して成膜用の基板４０の成膜面上に付着する。これにより基板４０の所定の領域に薄膜が形成される。

蒸着源３０から発生する蒸着材料の蒸気が、基板４０に堆積する速度（蒸着レート）は、水晶振動子を備えたモニタ用膜厚センサー２０によって計測される。モニタ用膜厚センサー２０は、その計測データを、制御系６０が有する膜厚制御器６１に出力する。膜厚制御器６１は、出力されたモニタ用膜厚センサー２０の計測データを基にして、温度制御器６２を用いて蒸着源３０のヒーターパワーを制御する。一方、モニタ用膜厚センサー２０の計測データを校正する校正値を出力するために、水晶振動子を備えた校正用膜厚センサー１０が設けられている。ここで２つのセンサー（校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０）は、蒸着源３０から発生し基板４０に向かう蒸着材料の蒸気を遮ることのない位置に配置されている。

ここで、開口部３２の中心点から、校正用膜厚センサー１０の成膜面の中心点までの距離をＬ₁とする。一方、開口部３２の中心点から、モニタ用膜厚センサー２０の成膜面の中心点までの距離をＬ₂とする。図１の真空蒸着装置１においては、Ｌ₂の方がＬ₁よりも長い関係（Ｌ₁＜Ｌ₂）にある。このため、図１の真空蒸着装置１は、上記第一の態様（蒸着源の開口部の中心からモニタ用膜厚センサーまでの距離が、蒸着源の開口部の中心から校正用膜厚センサーまでの距離よりも長い関係）を満たしている。尚、センサーの感度をよりよくするために、各膜厚センサーを設ける際には、各膜厚センサーの成膜面が当該成膜面の中心点と開口部３２の中心点とを結ぶ直線と垂直になるように、設置位置を調整するのが好ましい。

ところで、開口部３２の中心点から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、開口部３２の中心点と校正用膜厚センサー１０の成膜面の中心点とを結ぶ直線とでなす角度をθ₁とする。一方、開口部３２の中心点からから基板４０の成膜面に下ろした垂線と、開口部３２の中心点とモニタ用膜厚センサー２０の成膜面の中心点とを結ぶ直線とでなす角度をθ₂とする。図１の真空蒸着装置１においては、θ₁よりもθ₂が大きい関係（θ₁＜θ₂）にある。ただし、図１の真空蒸着装置１においては、θ１_とθ₂とが等しい関係（θ₁＝θ₂）にあってもよい。

図１の真空蒸着装置１において、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の少なくともどちらか一方が、蒸着材料３１の蒸気を遮断するためのセンサーシャッター（不図示）を備えていてもよい。またセンサーシャッターの代わりに、蒸着材料３１の蒸気を間欠的に遮断するための蒸着量制限機構（不図示）を備えていてもよい。

図１の真空蒸着装置１において、真空チャンバー５０にアライメント機構（不図示）を設けておいて、高精細マスクと精密アライメント蒸着とを併用した微細パターン形成を行ってもよい。

真空チャンバー５０内にある空気を排気するための真空排気系（不図示）は、迅速に高真空領域まで排気できる能力を持った真空ポンプを用いた真空排気系とすることが望ましい。ここで図１の真空蒸着装置１を有機ＥＬ素子の製造に用いる場合は、ゲートバルブ（不図示）を介して他の真空装置と接続した上で、有機ＥＬ素子を作製するための様々な工程を行えばよい。ここで有機ＥＬ素子の製造装置は、様々な工程を行う真空チャンバーが複数備えてあることが望ましい。このため図１の真空蒸着装置１を構成する真空チャンバー５０は、有機ＥＬ素子の製造装置の一部材であることが望ましい。

蒸着源３０の蓋に設けられた開口部３２の開口面積、開口形状、材質等は個別に異なっていてもよく、開口形状は、円形、矩形、楕円形など、どのような形状でもよい。開口面積及び開口形状がそれぞれ異なることにより、基板４０上での膜厚制御性がより向上する場合がある。また同じ理由で、蒸着源３０のルツボの形状、材質等は個別に異なっていてもよい。

図１の真空蒸着装置１の使用例について以下に説明する。

まず蒸着源３０のルツボに、蒸着材料３１として有機ＥＬ材料であるトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ₃とする）を１０．０ｇ充填した。蒸着源３０のルツボに充填されたＡｌｑ₃は、蒸着源３０に設けられた少なくとも一つの開口部３２を介して蒸着源３０から蒸散する。ここで蒸着源３０は、基板４０の成膜面に対向して配置されており、基板４０はマスク４１に接触して設置されている。また蒸着源３０の開口部３２の中心点から、基板４０の成膜面までの距離を３００ｍｍに設定した。

校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０は、基板４０に向かう蒸着源３０から発生した蒸気を遮ることのない位置に配置した。具体的には、校正用膜厚センサー１０については、Ｌ₁を２００ｍｍ、θ₁を３０°と設定した。一方、モニタ用膜厚センサー２０については、Ｌ₂を３００ｍｍ、θ₂を４５°と設定した。尚、校正用膜厚センサー１０の近傍にはセンサーシャッター（不図示）を設けて蒸着材料の蒸気を適宜遮断できるようにした。

ところで、蒸着源３０から発生する蒸着材料３１の蒸気量は、開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線との距離が近い位置ほど多く、さらに開口部３２の中心点との距離が短い位置ほど多くなる。そこで上記条件に従い校正用膜厚センサー１０をモニタ用膜厚センサー２０よりも蒸気量の多い位置に配置すれば、校正用膜厚センサー１０への蒸着材料３１の入射量が増す。このように校正用膜厚センサー１０への蒸着材料３１の入射量を増加させることにより、基板上に成膜される膜の膜厚との差異が小さくなり、校正用膜厚センサー１０の校正精度を向上させることができる。

基板４０として、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのガラス基板を基板ストック装置（不図示）にセットした。

次に、基板ストック装置内を真空排気系（不図示）により１．０×１０^-4Ｐａ以下に排気した。真空チャンバー５０内も、真空排気系（不図示）により１．０×１０^-4Ｐａ以下まで排気し、排気した後に蒸着源３０に備えられたヒーターで蒸着材料３１を２００℃まで加熱した。ヒーターパワーは蒸着源３０に備えられた熱電対（不図示）の温度に基づいて、温度制御器６１により制御した。

次に、実際の成膜工程に移る前に、各膜厚モニタが表示するモニタ値と基板に成膜される膜厚の実測値との差異を補正するための校正係数を求めておく。モニタ用膜厚センサー２０において、蒸着レートが膜厚制御器６１での指示値で１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着材料３１を加熱した。蒸着レートは、モニタ用膜厚センサー２０からの信号を膜厚制御器６１が受け取り、蒸着レート値に換算し、膜厚制御器６１の表示部に出力する。さらに、膜厚制御器６１は、目標とする蒸着レートと実際にモニタ用膜厚センサー２０に付着した蒸着材料の量から換算した蒸着レートとの差を算出する。そして、この差を低減するための信号を温度制御器６２へ送り、蒸着源３０へのヒーターパワーを制御する。モニタ用膜厚センサー２０において、蒸着レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃとなったところで、基板ストック装置（不図示）から基板搬送機構（不図示）を用いて、ゲートバルブ（不図示）を介して真空チャンバー５０へ基板４０を１枚搬入し、成膜を行った。モニタ用膜厚センサー２０上に堆積される薄膜の膜厚が１００ｎｍとなるまで成膜を行い、成膜を終えた基板４０を直ちに真空チャンバー５０から搬出した。ここで成膜された基板４０の膜厚を、エリプソメーターで測定し、モニタ用膜厚センサー２０上に堆積した薄膜の膜厚値と比較し、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ｂ₂を下記に示す数式（１）で算出した。
ｂ₂＝ｂ₁×（ｔ₁／ｔ₂） （１）

式（１）において、ｔ₁は、基板４０上の薄膜の膜厚を表し、ｔ₂は、目標膜厚（ここでは１００ｎｍ）を表す。また式（１）において、ｂ₁は、あらかじめ装置に設定されていたモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を表し、ｂ₂は、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を表す。

式（１）で示される上記数式を利用することで、基板４０上の薄膜の膜厚とモニタ用膜厚センサー２０上の膜厚を合わせることができる。

一方で、基板４０上の膜厚と校正用膜厚センサー１０上の膜厚も、モニタ用膜厚センサー２０と同様の方法で合わせることができる。具体的には、基板４０への成膜工程時に校正用膜厚センサー１０のセンサーシャッター（不図示）を開き、モニタ用膜厚センサー２０と同様に上記の算出式（式（１））で膜厚を合わせる。ここで校正用膜厚センサー１０の場合では、ｂ₁をｂ₁’（あらかじめ装置に設定されていた校正用膜厚センサー１０の校正係数）、ｂ₂をｂ₂’（校正用膜厚センサー１０の新しい校正係数）に置き換える。尚、成膜が完了した後は、開いているセンサーシャッター（不図示）を閉じておく。

得られたモニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を、膜厚制御器６１を介して成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数と置き換え、蒸着レートが再び１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着材料３１を加熱した。そして、このとき得られた校正用膜厚センサー１０の新しい校正係数も、膜厚制御器６０を介して先に装置に設定されていた校正用膜厚センサー１０の校正係数と置き換える。

以上に示す校正係数を算出する工程を、同じ成膜条件下で基板４０上に成膜される薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０に付着する膜厚との差が±２．０％以内となるまで繰り返し行った。

次に、校正用膜厚センサー１０を用いてモニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートを校正する校正工程について説明する。モニタ用膜厚センサー２０を用いて蒸着レートを１．０ｎｍ／ｓｅｃに保ち、膜厚１００ｎｍ狙いで複数の基板４０に順次成膜を行った。その間、モニタ用膜厚センサー２０の水晶振動子の周波数が０．０１５ＭＨｚ低下する毎に、モニタ基板を搬入して成膜した。モニタ用基板４０への成膜を行う前には、校正用膜厚センサー１０の近傍に設けられたセンサーシャッター（不図示）を開き、校正用膜厚センサー１０によって計測された蒸着レートに基づく校正値を求めた。そしてこの校正値を使用してモニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートを校正した。この工程を、モニタ基板が１０枚になるまで繰り返し行った。

以下、図面を参照しながら、モニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートの校正を行う工程（校正工程）の具体例について説明する。図２は、校正工程の例を示すフロー図である。本実施例では、図２のフロー図に従って校正工程を行った。

まず、モニタ用膜厚センサー２０及び校正用膜厚センサー１０に、それぞれＡｌｑ₃の薄膜（蒸着膜）を堆積させた。このとき膜厚制御器６１を用いて各センサーに付着した薄膜の膜厚を換算した。次に、モニタ用膜厚センサー２０に付着する薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０に付着する薄膜の膜厚とを比較し、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ａ₂を下記に示す数式（２）で算出した。
ａ₂＝ａ₁×（Ｔ₁／Ｔ₂） （２）

式（２）において、ａ₁は、先の成膜時に使用していたモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を表し、ａ₂は、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を表す。また式（２）において、Ｔ₁は、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚を表し、Ｔ₂は、モニタ用膜厚センサー２０上の薄膜の膜厚を表す。

ここで、Ｔ₁及びＴ₂が同じ時間で付着した膜厚とすると、上記式（２）に基づいて、モニタ用膜厚センサー２０上の薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚を合わせることができる。以上に説明した校正工程を実施することで、モニタ用膜厚センサー２０の周波数減衰に伴う蒸着レートの誤差を校正することができる。

尚、校正用膜厚センサー１０の近傍に設けられるセンサーシャッター（不図示）は、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚（Ｔ₁）を換算した後に閉じられる。そしてモニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ａ₂を、膜厚制御器６０の成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ａ₁と置き換えて、この校正係数（ａ₂）を、モニタ用膜厚センサー２０の新たな校正係数ａ₁とする。

次に、モニタ用膜厚センサー２０の新たな校正係数を膜厚制御器６０に入力した後、蒸着レートが目標レートの１．０ｎｍ／ｓｅｃになるよう、蒸着源３０を温度制御器６１で制御した。そしてモニタ用膜厚センサー２０にて、目標レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃになった後、基板４０への成膜を実施した。

上記の方法で成膜を行い、得られた１０枚のモニタ基板の中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定した。その結果、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚は１００ｎｍ±２．０％以内の範囲にあった。これは、モニタ用膜厚センサー２０への蒸着材料３１の付着に伴い、水晶振動子の周波数が減衰し、目標膜厚から外れていく現象を、校正精度の高い位置に配置された校正用膜厚センサー１０によって改善できたことを示している。このことから、Ａｌｑ₃膜を目標膜厚に対して精度良く成膜できていたことが判った。

以上より、有機ＥＬ素子を製造するにあたって、本実施例における真空蒸着装置を使用して有機ＥＬ素子を構成する薄膜を形成することにより、各層の膜厚が制御された有機ＥＬ素子を製造することができる。

本実施例においては、蒸着源３０として図１に示す構成を用いたが、これに限定されるものではない。またマスク４１に高精細マスクを用いる場合は、アライメントステージを併用して高精細マスク蒸着を行ってもよいし、精密アライメント蒸着による微細パターン形成を行ってもよい。

［比較例１］
実施例１の効果を検証するために、特許文献１に示される従来の真空蒸着装置で成膜した場合の比較実験を行った。本比較例では、特許文献１の図を考慮して、Ｌ₁＝Ｌ₂かつθ₁＞θ₂となるように校正用膜厚センサー及びモニタ用膜厚センサーをそれぞれ配置した。この構成で、真空チャンバー内の被成膜物に向けて、蒸着源からＡｌｑ₃の蒸気を発生させ、モニタ用膜厚センサーにおいて蒸着レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着源を加熱した。モニタ基板への成膜方法は、本発明と同じ方法で行い、基板中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定したところ、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚が±２．０％の範囲に入らない場合があった。蒸着源、校正用膜厚センサー及びモニタ用膜厚センサーの各々の相対位置が不明確である為、膜厚分布範囲を小さくする事が困難であったと考えられる。これらの結果より、基板上に一定の膜厚で蒸着材料を成膜するに当って、従来の真空蒸着装置よりも、本発明の真空蒸着装置が優れていることがわかった。

［実施例２］
図３は、本発明の真空蒸着装置においてモニタ用膜厚センサーの計測精度を向上させる第二の実施形態を示す模式図である。図３の真空蒸着装置２は、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の配置位置が図１の真空蒸着装置１と異なることを除けば、図１の真空蒸着装置１と同じ態様である。

図３の真空蒸着装置２は、Ｌ₁の方がＬ₂よりも長い関係（Ｌ₁＞Ｌ₂）にある。つまり、Ｌ₁とＬ₂との間にＬ₁≠Ｌ₂の関係を満たしている。一方、図３の真空蒸着装置２は、図１の真空蒸着装置１と同様に、θ₁よりもθ₂が大きい関係（θ₁＜θ₂）にある。

［実施例３］
図４は、本発明の真空蒸着装置においてモニタ用膜厚センサーの計測精度を向上させる第三の実施形態を示す模式図である。図４の真空蒸着装置３は、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の配置位置が図１の真空蒸着装置１と異なることを除けば、図１の真空蒸着装置１と同じ態様である。

図４の真空蒸着装置３は、Ｌ₁の方がＬ₂よりも長い関係（Ｌ₁＞Ｌ₂）にある。つまり、Ｌ₁とＬ₂との間にＬ₁≠Ｌ₂の関係を満たしている。一方、図４の真空蒸着装置３は、θ₂よりもθ₁が大きい関係（θ₁＞θ₂）にある。ただし、図４の真空蒸着装置３においては、θ₁とθ₂とが等しい関係（θ₁＝θ₂）にあってもよい。

図４の真空蒸着装置３の使用例について以下に説明する。

図４の真空蒸着装置３の使用方法は、校正用膜厚センサー１０についてＬ₁を３００ｍｍ、θ₁を４５°と設定し、モニタ用膜厚センサー２０についてＬ₂を２００ｍｍ、θ₂を３０°と設定したことを除けば、図１の真空蒸着装置１（実施例１）と同様である。

モニタ基板の中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定した結果、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚は１００ｎｍ±２．０％以内の範囲にあった。実施例１と比較して、基板４０への蒸着中のモニタ用膜厚センサー２０における蒸着レート変動が１．０ｎｍ／ｓｅｃ±０．１％と小さくなった。

本実施例においては、蒸着材料３１の入射量が増す位置にモニタ用膜厚センサー２０が配置されたため、モニタ用膜厚センサー２０上に形成される薄膜と基板上に形成される薄膜との膜厚の差異が小さくなった。これによりモニタ用膜厚センサー２０のモニタ精度を向上させることができた。またモニタ精度向上により、基板４０へ蒸着中の蒸着レートが安定し、Ａｌｑ₃の目標膜厚に対して精度良く成膜できていたことが判った。

［実施例４］
図５は、本発明の真空蒸着装置において校正用膜厚センサーの計測精度を向上させるための第四の実施形態を示す模式図である。図５の真空蒸着装置４は、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の配置位置が図４の真空蒸着装置３と異なることを除けば、図４の真空蒸着装置３と同じ態様である。

図５の真空蒸着装置４は、Ｌ₂の方がＬ₁よりも長い関係（Ｌ₁＜Ｌ₂）にある。つまり、Ｌ₁とＬ₂との間にＬ₁≠Ｌ₂の関係を満たしている。一方、図５の真空蒸着装置４は、図４の真空蒸着装置３と同様に、θ₂よりもθ₁が大きい関係（θ₂＜θ₁）にある。

上記実施例１乃至４においては、蒸着源３０として、例えば、図１に示す構成を用いたが、これに限定されるものではない。マスク４１に高精細マスクを用いる場合は、アライメントステージを用いて高精細マスク、及び精密アライメント蒸着による微細パターン形成を行ってもよい。また、本実施例においてはモニタ用膜厚センサー２０の水晶振動子の周波数が０．０１５ＭＨｚ低下する毎に成膜前の校正工程及び成膜を行ったが、これに限定されるものではない。また、各膜厚センサーの配置は、Ｌ₁≠Ｌ₂の関係を満たしていればよく、実施例の形態に限定されるものではない。また、実施例１乃至４のように、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の少なくともどちらか一方が、蒸着材料３１の蒸気を遮断するためのセンサーシャッターを備えていてもよい。またセンサーシャッターの代わりに、蒸着材料３１の蒸気を間欠的に遮断するための蒸着量制限機構を備えていてもよい。また、基板４０、校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０の膜厚値を合わせる校正係数を算出する工程は、本実施例の方法に限らず、各膜厚値が目標範囲内に収まれば良い。例えば、予め基板４０とモニタ用膜厚センサー２０の膜厚値を合わせ、次にモニタ用膜厚センサー２０と校正用膜厚センサー１０の膜厚値を合わせる方法である。また、基板４０が、蒸着材料３１の蒸気を遮断するためのシャッターを備えていてもよい。

１（２，３，４）：真空蒸着装置、１０：校正用膜厚センサー、２０：モニタ用膜厚センサー、３０：蒸着源、３１：蒸着材料、３２：（蒸着源の）開口部、４０：基板、４１：マスク、５０：真空チャンバー、６０：制御系、６１：膜厚制御器、６２：温度制御器

Claims (4)

1. 真空チャンバーと、
   基板を保持する基板保持機構と、
   前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を開口部から放出させる蒸着源と、
   前記基板に前記蒸着材料を成膜する際に、前記蒸着材料の蒸着レートを計測して前記蒸着源の温度制御を行うためのモニタ用膜厚センサーと、
   前記モニタ用膜厚センサーによる計測データに基づいて前記蒸着源の温度制御を行う温度制御器と、前記モニタ用膜厚センサーと接続されて蒸着レートを算出する膜厚制御器と、からなる制御系と、
   前記蒸着材料の蒸着レートを計測して前記モニタ用膜厚センサーによる計測データを校正するための校正値を前記制御系に出力する校正用膜厚センサーと、を有し、
   前記モニタ用膜厚センサーと前記校正用膜厚センサーのうち計測精度を高める方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離が、他方の膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする、真空蒸着装置。
2. 前記校正用膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離が、前記モニタ用膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の真空蒸着装置。
3. 前記モニタ用膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離が、前記校正用膜厚センサーから前記蒸着源の開口部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の真空蒸着装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空蒸着装置を用いて有機ＥＬ素子の薄膜を成膜する工程を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。

Images