JP2013173965A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化の影響を受けることなく、安定した成膜速度で成膜することができる蒸着装置を提供する。
【解決手段】蒸着装置１０は、蒸発源と、加熱手段１６と、基板の成膜速度を検出する成膜速度検出手段１４と、基板の位置を検出する位置検出手段１７と、成膜速度検出手段１４で検出された成膜速度に基づいて加熱手段１６を制御する制御手段１１と、を備え、制御手段１１は、予め取得された基板の位置と振動子の温度変化による補正量との関係と、位置検出手段１７で検出された基板の位置に基づいて、補正量を決定する補正量決定部１８と、決定された補正量だけ成膜速度検出手段１４で検出された成膜速度を補正して補正成膜速度を求める補正成膜速度演算部１９と、補正成膜速度に基づいて加熱手段１６を制御する加熱手段制御部２０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば基板等に薄膜を形成する蒸着装置に関する。

基板などに薄膜を蒸着により形成する蒸着装置は、蒸着材が配置された蒸発源を備えている。そして、蒸発源がヒータなどによって加熱されることで、蒸発源から蒸着材が放出され、上方に配された基板に蒸着材を蒸着させる。このような蒸着装置では、目標の成膜速度で成膜するために膜厚センサが設けられ、当該膜厚センサで成膜速度を測定しながら成膜を行っている。膜厚センサは、具体的には、水晶振動子を有している。成膜を実施した際には、水晶振動子にも蒸着材が付着することで水晶振動子の共振周波数が変化することとなり、この水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて基板の位置において成膜速度を推定する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１２０９２４号公報

しかしながら、特許文献１のような蒸着装置では、蒸発源上を成膜基板が通過する際に、蒸発源の熱が基板に反射される。そして、反射された熱が、成膜速度を測定している水晶振動子に放射されることにより、水晶振動子が温度変化し周波数特性が変わってしまう。このため、実際の蒸発源からの蒸着材の蒸発量が変わっていなくても、温度変化によって水晶振動子の周波数特性の変化から蒸発量が変化して所望の成膜速度で成膜ができないと誤検知して、成膜速度を正確に制御することができなくなってしまうという問題があった。

本発明は、前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、温度変化の影響を受けることなく、安定した成膜速度で成膜することができる蒸着装置を提供することにある。

本発明に係る蒸着装置は、搬送手段によって搬送されてくる基板に対して対向して配置され、蒸着材が収容された蒸発源と、前記蒸発源を加熱する加熱手段と、前記蒸発源から前記蒸着材が蒸発してくる範囲に配され、振動子の周波数を検出することで、前記蒸着材による基板の成膜速度を検出する成膜速度検出手段と、前記基板の位置を検出する位置検出手段と、前記成膜速度検出手段で検出された前記成膜速度に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、予め取得された前記基板の位置と前記振動子の温度変化とによる補正量との関係と、前記位置検出手段で検出された前記基板の位置に基づいて、前記補正量を決定する補正量決定部と、前記決定された補正量だけ前記成膜速度検出手段で検出された成膜速度を補正して補正成膜速度を求める補正成膜速度演算部と、前記補正成膜速度に基づいて前記加熱手段を制御する加熱手段制御部と、を有する。

このような構成によれば、搬送される基板の位置に応じた温度変化による補正量を求め、成膜速度検出手段の周波数から算出される成膜速度を補正量で補正している。このため、基板の位置に応じて振動子の温度が変化したとしても、安定した成膜速度で成膜することができる。

また、上記の蒸着装置において、前記補正量決定部は、さらに前記蒸発源の温度または前記加熱手段の出力に基づいて前記補正量を決定する。

このような構成によれば、熱源となる蒸発源の温度または加熱手段の出力を考慮して補正量を決定することで、より正確に成膜速度を測定し、安定した成膜速度で成膜することができる。

本発明に係る蒸着装置によれば、温度変化の影響を受けることなく、安定した成膜速度で成膜することができる。

本発明に係る第１実施形態の蒸着装置の断面図である。 本発明に係る第１実施形態の蒸着装置のブロック構成図である。 本発明に係る第１実施形態の蒸着装置の制御動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る第２実施形態の蒸着装置のブロック構成図である。 本発明に係る第３実施形態の蒸着装置のブロック構成図である。

以下、本発明に係る複数の実施形態の蒸着装置について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の蒸着装置１０は、搬送手段である搬送装置１の一部に配置されて複数のローラ対３により基板５０を下流方向へ搬送する搬送路２に設置されている。
蒸着装置１０は、制御手段１１と、搬送路２に対向するように配置された蒸発源１３と、成膜速度検出手段であって水晶振動子１５を装備している膜厚センサ１４と、を備えている。蒸発源１３と膜厚センサ１４とは、搬送路２と対向する位置に開口を形成するようにした防着板１２によって囲まれている。蒸発源１３は、搬送装置１によって搬送されてくる基板５０に対して対向して配置されており、蒸着材が収容されている。蒸発源１３は、収容している蒸着材をヒータ１６（図２）で加熱されることで溶融・蒸発させて搬送装置１によって搬送される基板５０に向けて放出させる。また、膜厚センサ１４は、蒸発源１３から蒸着材が放出される範囲で、かつ、基板５０への蒸着材の蒸着が妨げられない位置に配置されている。

蒸着装置１０は、真空雰囲気中で基板５０に薄膜を形成するに際し、搬送装置１により下流に向けて搬送される基板５０の表面に蒸発源１３から放出された蒸着材が付着して薄膜が成長する。このとき、同時に、膜厚センサ１４の水晶振動子１５にも蒸着材が付着し、その付着量に応じて変化する水晶振動子１５の共振周波数を測定する。そして、膜厚センサ１４の水晶振動子１５に付着した成膜材料粒子を基板５０の表面に対する付着量に換算し、基板５０の表面に形成された薄膜の成膜速度を求める。

図２に示すように、蒸着装置１０は、制御手段１１、蒸発源１３および膜厚センサ（成膜速度検出手段）１４に加えて、ヒータ（加熱手段）１６と、位置センサ（位置検出手段）１７を備えている。
膜厚センサ１４は、防着板１２の内側における蒸発源１３から蒸着材が蒸発してくる範囲に配され、水晶振動子１５の周波数を検出することで、蒸着材による基板５０の成膜速度を検出する。
ヒータ１６は、蒸発源１３を加熱する。
位置センサ１７は、搬送装置１によって搬送されてくる基板５０の位置を検出する。位置センサ１７は、例えば、搬送装置１による搬送方向に複数一定の間隔で配列され、対応する位置での基板５０の存在を検出するセンサ群で構成されている。そして、搬送方向に配列するセンサのいずれかで基板５０が検出されるかによってその位置を特定することができる。

制御手段１１は、補正量決定部１８と、補正成膜速度演算部１９と、ヒータ制御部（加熱手段制御部）２０と、位置演算部２１と、をさらに有し、データベース２２を格納している。位置演算部２１は、位置センサ１７による検出結果に基づいて基板５０の詳細位置を求めるものである。より詳しくは、位置演算部２１は、位置センサ１７のセンサ群による検出結果と、搬送装置１による基板５０の搬送速度に基づいて、位置センサ１７のセンサ群による検出ピッチよりも細かいピッチで基板５０の位置を特定する。

補正量決定部１８は、基板５０の位置と水晶振動子１５の温度変化による補正量との関係と、位置センサ１７が検出した基板５０の位置に基づいて、補正量を決定する。データベース２２には、基板５０の位置と水晶振動子１５の温度変化による補正量との関係が記録されている。蒸発源１３から発せられる熱は、基板５０で反射される。従って、蒸発源１３から発せられて基板５０で反射して放射される熱の影響による水晶振動子１５の温度変化は、基板５０の位置によって異なってくる。すなわち、基板５０の位置ごとに、水晶振動子１５の温度変化によって補正すべき補正量は異なり、実験や解析によって求めこれを予めデータベース化している。より具体的には、このような基板５０の位置と補正量との関係は、例えば各基板位置での目標成膜速度と表示成膜速度との差を補正量として取得することにより求められる。このとき、補正量は、基板複数枚で取得したデータの平均値とする。また、データを取得する基板位置の刻み幅は、基板５０の搬送速度と制御周期とから、一制御周期に進む距離以上とする。また、補正量を取得する基板５０の位置は、成膜速度が変動する範囲から決める。なお、複数の蒸発源１３を備えている場合には、補正量は、蒸発源１３毎に取得する。

補正成膜速度演算部１９は、補正量決定部１８により決定された補正量だけ膜厚センサ１４が検出した成膜速度を補正して補正成膜速度を求める。
ヒータ制御部２０は、補正成膜速度演算部１９で求めた補正成膜速度に基づいてヒータ１６のパワーを制御する。

次に、蒸着装置１０の制御動作について説明する。
図３に示すように、基板位置取得ステップＳ１０１として、まず制御手段１１において、位置演算部２１は、位置センサ１７から検出結果を取得し、基板５０の詳細位置を演算して補正量決定部１８に出力する。なお、位置センサ１７による基板５０の位置の検出解像度が成膜速度制御を行うのに十分なものである場合には、位置センサ１７による検出結果をそのまま補正量決定部１８に入力するものとしても良い。

次に、補正量決定ステップＳ１０２として、制御手段１１において補正量決定部１８は、データベース２２に記録された基板５０の位置と水晶振動子１５の温度変化による補正量との関係を参照して、取得した基板５０の位置と対応する補正量を求め、補正成膜速度演算部１９に出力する。これにより、基板５０の位置によって変化する温度の影響を考慮した補正量を求めることができる。

ここで、制御手段１１において、補正成膜速度演算部１９には、補正量決定部１８から補正量が入力されるとともに、膜厚センサ１４から、対応する時刻において検出された成膜速度が入力されている。そして、補正成膜速度演算ステップＳ１０３として、制御手段１１において、補正成膜速度演算部１９は、取得した成膜速度に対して補正量を加算することで、補正成膜速度を求め、ヒータ制御部２０に出力する。なお、補正量決定部１８において、補正量が比率として求められる場合には、補正成膜速度は、成膜速度に対して補正量を乗算することによって求められる。

そして、加熱制御ステップＳ１０４として、ヒータ制御部２０は、取得した補正成膜速度を参照して、目標とする成膜速度となるように、蒸発源１３を加熱するヒータ１６をフィードバック制御する。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態の蒸着装置１０によれば、温度変化と相関関係にある基板５０の位置に基づいて補正量を決定し、当該補正量だけ補正した補正成膜速度に基づいて成膜速度を制御するようにした。このため、基板５０の位置に応じて膜厚センサ１４の水晶振動子１５の温度が変化したとしても、温度変化の影響を受けることなく、安定した成膜速度で成膜することができる。また、蒸着装置１０によれば、温度測定などの新たなセンサの取付を必要とせず、既存の位置センサ１７と膜厚センサ１４から温度変化の影響を控除して制御することができるので、低コストで正確な膜厚に薄膜を蒸着することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の蒸着装置について説明する。
なお、以下の第２実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図４に示すように、本実施形態の蒸着装置３０では、データベース２２には、基板５０の位置と水晶振動子１５の温度変化による補正量との関係が同様に記録されているが、当該関係は、蒸発源１３の温度ごとに記録されている。記録される蒸発源１３の温度範囲としては、連続使用時間中において想定される温度変化の範囲とする。

また、本実施形態の蒸着装置３０の制御手段３１において、補正量決定部３２には、蒸発源１３に設けられた温度センサ３３で検出された蒸発源１３の温度が入力されている。そして、補正量決定部３２は、データベース２２において、取得された蒸発源１３の温度と対応する基板５０の位置と補正量との関係を参照し、基板５０の位置に対応する補正量を求め、補正成膜速度演算部１９に出力する。

以上のような蒸着装置３０の制御動作としては、第１実施形態と比較して、補正量決定ステップＳ１０２において、補正量決定部３２が、蒸発源１３の温度を考慮して補正量を決定する点が相違する。蒸発源１３の温度は、蒸発源１３に収容された蒸着材の低減に伴って変動する。そして、基板５０の位置が同一位置でも、熱源となる蒸発源１３の温度が異なる場合には、基板５０で反射して熱が放射される水晶振動子１５の温度も異なり、検出される成膜速度も異なってくる。そして、本実施形態の蒸着装置３０では、熱源となる蒸発源１３の温度の変化も考慮して補正量を決定するようにしたので、より確実に温度変化による影響を控除して、より正確に実際の成膜速度を求めることができ、これにより安定した成膜速度で成膜することができる。

なお、熱源となる蒸発源１３の温度変化を考慮する手段としては、蒸発源１３の温度を検出する温度センサ３３に限られるものではなく、例えば、ヒータ１６の出力に基づくものとしても良い。ヒータ１６の出力を評価する手段としては、ヒータ１６の温度を測定する手段が挙げられるが、これに限られず、ヒータ１６へ供給される電力や、ヒータ制御部２０によるヒータ１６へ入力される制御値などを取得する手段としても良い。ただし、ヒータ１６の出力に基づく場合には、ヒータ１６の出力が蒸発源１３の温度の変化よりも変動量が大きくなる傾向があるため、一定時間における平均値を求めて当該平均値を用いることが望ましい。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の蒸着装置について説明する。
なお、以下の第３実施形態において、前述した第１、２実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図５に示すように、本実施形態の蒸着装置４０では、データベース２２には、基板５０の位置と水晶振動子１５の温度変化による補正量との関係が同様に記録されているが、当該関係は、所定の基準温度のときのデータとして取得された基板５０の位置と水晶振動子１５の温度変化による基準補正量との関係を示している。ここで、基準温度としては、蒸発源１３に収容された蒸着材を蒸着させる際の平均的な温度などであり、例えば有機材料を蒸着させる際には３００度程度である。また、データベース２２には、基準温度に対する蒸発源１３の温度の温度差と、補正量の補正係数との関係が予め求められて記録されている。より詳しくは、補正係数は、水晶振動子１５の温度の影響によって変化してしまう成膜速度を補正量によって正確に補正できるように、基準温度での基準補正量を実際の熱源となる蒸発源の温度に応じて補正するものである。

また、本実施形態の蒸着装置４０の制御手段４１において、補正量決定部４２には、蒸発源１３に設けられた温度センサ４３で検出された蒸発源１３の温度が入力されている。そして、補正量決定部４２は、データベース２２を参照して、位置演算部２１から取得した基板５０の位置に対応する基準温度における基準補正量を求めるとともに、蒸発源１３の温度に対応する補正係数を求める。そして、基準温度における基準補正量に補正係数を乗算して補正量を求め、補正成膜速度演算部１９に出力する。

以上のような蒸着装置４０の制御動作としては、第１実施形態と比較して、補正量決定ステップＳ１０２において、補正量決定部３２が、蒸発源１３の温度を考慮して補正係数を求め、基準補正量に補正係数を乗算して補正量を決定する点が相違する。なお、上記では補正係数として比率を求めて基準補正量に乗算するものとしたが、これに限らず、補正量差分を求めて基準補正量に加算するものとしても良い。

以上のように、本実施形態の蒸着装置４０では、第２実施形態同様に、熱源となる蒸発源１３の温度の変化も考慮して補正量を決定するようにしたので、より確実に温度変化による影響を控除して、より正確に実際の成膜速度を求めることができ、これにより安定した成膜速度で成膜することができる。また、本実施形態の蒸着装置４０では、基板５０の位置と補正量の関係としては、基準温度における関係のみとすることができるため、データベース２２の容量を小さくすることができるとともに、新規材料や成膜条件変更時においても蒸発源１３の温度と補正係数との関係を修正のみで対応することも可能で、調整が容易となる。なお、本実施形態においても、熱源となる蒸発源１３の温度変化を考慮する手段としては、蒸発源１３の温度を検出する温度センサ３３に限られるものではなく、ヒータ１６に出力に基づくものとしても良い。ただし、上記同様にヒータ１６の出力に基づく場合には、ヒータ１６の出力は、一定時間における平均値を求めて当該平均値を用いることが望ましい。

なお、本発明の蒸着装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
例えば、上記各実施形態では、基板５０の位置と補正量の関係や、蒸発源１３の温度と補正係数との関係をデータベース化しているものとしたが、これに限られるものではなく、相関関係を近似式として求めておくものとしても良い。

１ 搬送装置（搬送手段）
１０，３０，４０ 蒸着装置
１１，３１，４１ 制御部（制御手段）
１３ 蒸発源
１４ 膜厚センサ（成膜速度検出手段）
１５ 水晶振動子（振動子）
１６ ヒータ（加熱手段）
１７ 位置センサ（位置検出手段）
１８，３２，４２ 補正量決定部
１９ 補正成膜速度演算部
２０ ヒータ制御部（加熱手段制御部）
５０ 基板

Claims (2)

1. 搬送手段によって搬送されてくる基板に対して対向して配置され、蒸着材が収容された蒸発源と、
   前記蒸発源を加熱する加熱手段と、
   前記蒸発源から前記蒸着材が蒸発してくる範囲に配され、振動子の周波数を検出することで、前記蒸着材による基板の成膜速度を検出する成膜速度検出手段と、
   前記基板の位置を検出する位置検出手段と、
   前記成膜速度検出手段で検出された前記成膜速度に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   予め取得された前記基板の位置と前記振動子の温度変化による補正量との関係と、前記位置検出手段で検出された前記基板の位置に基づいて、前記補正量を決定する補正量決定部と、
   前記決定された補正量だけ前記成膜速度検出手段で検出された成膜速度を補正して補正成膜速度を求める補正成膜速度演算部と、
   前記補正成膜速度に基づいて前記加熱手段を制御する加熱手段制御部と、を有する蒸着装置。
2. 請求項１に記載の蒸着装置において、
   前記補正量決定部は、さらに前記蒸発源の温度または前記加熱手段の出力に基づいて前記補正量を決定する蒸着装置。

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