JP7051471B2

JP7051471B2 - 蒸着装置及び蒸着方法

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Publication number: JP7051471B2
Application number: JP2018019785A
Authority: JP
Inventors: 僚也北沢; 宏之岩澤
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Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2022-04-11
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Description

本発明は、蒸着装置及び蒸着方法に関する。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）を利用した有機ＥＬディスプレイでは、一般的に基板上に形成される層が有機物で構成される。その製造方法としては、有機物の分子構造が破壊されにくい真空蒸着法が採用される。また、その蒸着速度は、水晶振動子を用いた膜厚センサにより制御される。

しかし、水晶振動子を用いた膜厚モニタでは、水晶振動子の共振特性に限界があり、水晶振動子上に形成される膜の厚みが厚くなったときは膜厚モニタとしての機能を失う場合がある。

これに対して、膜厚モニタに水晶振動子を遮蔽するシャッタを設け、膜厚のモニタリング時にシャッタを開け、非モニタリング時には、シャッタを閉じる間欠制御がある（例えば、特許文献１参照）。このような手法によれば、水晶振動子上に形成される膜の過剰な堆積が抑えられ、モニタリング寿命が長くなるという利点がある。

特開２００７－０３９７６２号公報

しかしながら、モニタリング寿命が長くなったとしても、水晶振動子が示すモニタリング値が偶発的に変動する場合には、基板上に形成される膜の厚みを長時間にわたり高精度に制御できないことになる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動を避け、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みを高精度に制御され得る蒸着装置及び蒸着方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蒸着装置は、真空容器と、蒸着源と、膜厚センサと、制御装置とを具備する。
上記蒸着源は、上記真空容器内に設けられ、蒸着材料が収容される。
上記膜厚センサは、上記蒸着源に対向する水晶振動子と、上記水晶振動子を遮蔽可能なシャッタとを有する。
上記制御装置は、上記水晶振動子に堆積する蒸着材料の蒸着速度を定期的に検知することによって、基板に形成される上記蒸着材料の膜厚を制御する。
上記制御装置は、上記シャッタを開けた後に、上記水晶振動子によって検知された上記蒸着速度の変化量を算出し、上記変化量が目的値である場合には、上記シャッタを閉じて、上記蒸着速度に基づいて上記基板に形成される上記蒸着材料の上記膜厚を制御する。

このような蒸着装置であれば、シャッタが開けられた後に、水晶振動子によって検知された蒸着速度の変化量が算出され、変化量が目的値である場合にシャッタが閉じられて、水晶振動子が検知した蒸着速度に基づいて基板に形成される蒸着材料の膜厚が制御される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着装置においては、上記制御装置は、上記変化量が目的値でない場合には、上記シャッタを開けた後の定められた許容時間内で、上記水晶振動子によって上記蒸着速度を再検知し、再検知された上記蒸着速度の変化量が目的値であるか否かの判断を行ってもよい。

このような蒸着装置であれば、変化量が目的値でない場合には、シャッタを開けた後の定められた許容時間内で、水晶振動子によって蒸着速度が再検知される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着装置においては、上記制御装置は、上記蒸着速度に基づく上記膜厚の制御に進む前に、上記蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、上記差が目的値である場合には、上記シャッタを閉じて上記蒸着速度に基づく上記膜厚の制御に進んでもよい。

このような蒸着装置であれば、蒸着速度に基づく膜厚の制御に進む前に、蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、この差が目的値である場合には、シャッタを閉じて蒸着速度に基づく膜厚の制御に進むことになる。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が確実に避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着装置においては、上記制御装置は、上記許容時間内における上記変化量、または上記差が目的値でない場合には、上記シャッタを閉じ、上記シャッタを再び開けて上記変化量または上記差を再び求めるリトライ動作を実行してもよい。

このような蒸着装置であれば、許容時間内における変化量または上記の差が目的値でない場合には、シャッタが閉じられ、シャッタが再び開けられて変化量または上記の差を再び求めるリトライ動作が実行される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着装置においては、上記制御装置は、上記リトライ動作が許容回数以下の場合には、上記水晶振動子を用いた上記膜厚の制御を停止し、上記蒸着源の温度が上記制御を停止する直前の温度で維持される制御を行ってもよい。

このような蒸着装置であれば、リトライ動作が許容回数以下の場合には、水晶振動子を用いた上記膜厚の制御を停止し、蒸着源の温度が制御を停止する直前の温度で維持される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蒸着方法は、蒸着材料が収容される蒸着源と、水晶振動子と、上記水晶振動子を遮蔽可能なシャッタとを有する膜厚センサとを用い、上記水晶振動子に堆積する上記蒸着材料の蒸着速度を定期的に検知することによって、基板に形成される上記蒸着材料の膜厚を制御する。
上記シャッタを開けた後に、上記水晶振動子によって検知された上記蒸着速度の変化量が算出され、上記変化量が目的値である場合には、上記シャッタを閉じて、上記蒸着速度に基づいて上記基板に形成される上記蒸着材料の上記膜厚が制御される。

このような蒸着方法であれば、シャッタが開けられた後に、水晶振動子によって検知された蒸着速度の変化量が算出され、変化量が目的値である場合にシャッタが閉じられて、水晶振動子が検知した蒸着速度に基づいて基板に形成される蒸着材料の膜厚が制御される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着方法においては、上記変化量が目的値でない場合には、上記シャッタを開けた後の定められた許容時間内で、上記水晶振動子によって上記蒸着速度を再検知し、再検知された上記蒸着速度の変化量が目的値であるか否かの判断を行ってもよい。

このような蒸着方法であれば、変化量が目的値でない場合には、シャッタを開けた後の定められた許容時間内で、水晶振動子によって蒸着速度が再検知される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着方法においては、上記蒸着速度に基づく上記膜厚の制御に進む前に、上記蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、上記差が目的値である場合には、上記シャッタを閉じて上記蒸着速度に基づく上記膜厚の制御に進んでもよい。

このような蒸着方法であれば、蒸着速度に基づく膜厚の制御に進む前に、蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、この差が目的値である場合には、シャッタを閉じて蒸着速度に基づく膜厚の制御に進むことになる。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が確実に避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着方法においては、上記許容時間内における上記変化量または上記差が目的値でない場合には、上記シャッタを閉じ、上記シャッタを再び開けて上記変化量、または上記差を再び求めるリトライ動作を実行してもよい。

このような蒸着方法であれば、許容時間内における変化量または上記の差が目的値でない場合には、シャッタが閉じられ、シャッタが再び開けられて変化量または上記の差を再び求めるリトライ動作が実行される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

上記の蒸着方法においては、上記リトライ動作が許容回数以下の場合には、上記水晶振動子を用いた上記膜厚の制御を停止し、上記蒸着源の温度が上記制御を停止する直前の温度で維持されてもよい。

このような蒸着方法であれば、リトライ動作が許容回数以下の場合には、水晶振動子を用いた上記膜厚の制御を停止し、蒸着源の温度が制御を停止する直前の温度で維持される。これにより、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

以上述べたように、本発明によれば、水晶振動子が示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり蒸着速度が高精度に制御される蒸着装置及び蒸着方法が提供される。

図（ａ）及び図（ｂ）は、本実施形態に係る蒸着装置の概略的断面図である。図（ｃ）は、本実施形態に係る蒸着装置に設置された膜厚センサの概略的斜視図である。本実施形態に係る蒸着装置のブロック構成図である。本実施形態で起こり得る現象を概略的に説明するグラフ図である。本実施形態の蒸着方法を示すフロー図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係る蒸着装置の概略的断面図である。図１（ｃ）は、本実施形態に係る蒸着装置に設置された膜厚センサの概略的斜視図である。図１（ａ）が正面図とした場合、図１（ｂ）は、側面図に相当する。

蒸着装置１は、真空容器１０と、蒸着源２０と、基板搬送機構３０と、膜厚測定器４０と、温度センサ５０と、制御装置６０とを具備する。蒸着装置１では、Ｘ軸方向における基板９０と蒸着源２０との相対位置を変えながら、基板９０に蒸着材料２０ｍが蒸着される。図１（ａ）、（ｂ）では、蒸着源２０が固定され、蒸着源２０の上方をＸ軸方向に基板９０が移動する蒸着装置が例示されている。

真空容器１０は、減圧状態が維持することが可能な容器である。真空容器１０には、真空容器１０内のガスを排気する排気系が設けられる。また、真空容器１０には、真空容器１０外から真空容器１０内にガスを供給することが可能なガス供給機構が設けられてもよい。真空容器１０をＸ－Ｙ平面で切断したときの形状は、例えば、矩形状である。

蒸着源２０は、真空容器１０内に設けられている。蒸着源２０は、例えば、真空容器１０内の底部または底部近傍に設けられている。蒸着源２０は、複数の蒸着源２０ｓを有する。複数の蒸着源２０ｓのそれぞれは、基板９０が移動する方向に対して交差する方向（例えば、直交する方向）に並ぶ。蒸着源２０は、いわゆるリニアソース型の蒸着源である。

複数の蒸着源２０ｓのそれぞれは、蒸着材料２０ｍを収容する。複数の蒸着源２０ｓのそれぞれは、加熱装置（不図示）が設けられ、外部から供給される交流電圧によって加熱される。加熱装置は、例えば、誘導加熱装置または抵抗加熱装置である。複数の蒸着源２０ｓのそれぞれが加熱されると、複数の蒸着源２０ｓのそれぞれから、基板９０に向けて蒸着材料２０ｍが蒸発する。蒸着材料２０ｍは、例えば、有機ＥＬ素子の発光層及びキャリア輸送層を構成する有機材料である。蒸着材料２０ｍは、有機材料とは限らず、無機材料、金属等でもよい。

基板搬送機構３０は、蒸着源２０上に設けられる。基板搬送機構３０は、基板９０が基板ホルダ９１によって保持された状態で、基板９０及び基板ホルダ９１を真空容器１０内で搬送する。基板搬送機構３０には、基板９０側に図示しないロール機構が設けられる。例えば、基板搬送機構３０は、基板９０及び基板ホルダ９１を複数の蒸着源２０ｓのそれぞれが並ぶ方向に対して直交する方向に搬送する。

複数の蒸着源２０ｓのそれぞれから、基板９０に向けて蒸着材料２０ｍが蒸発すると、基板９０の成膜対象面９０ｄに蒸発物質が付着して、基板９０に所望の厚みの薄膜が形成される。また、基板９０を一定速度で移動しながら、成膜対象面９０ｄへの蒸着を行うことにより、成膜対象面９０ｄにおける局所成膜が抑えられ、成膜対象面９０ｄに均一な厚みの薄膜が形成される。

膜厚測定器４０は、膜厚センサ４１と、膜厚センサ４２とを有する。膜厚センサ４１、４２は、蒸着源２０からの蒸着材料２０ｍの量を測定し、基板９０に形成される薄膜の厚み（または、蒸着速度）を制御する。膜厚センサ４１、４２は、蒸着源２０に対向する。但し、膜厚センサ４１、４２は、蒸着材料２０ｍが基板９０に到達するのを妨げないように配置される。例えば、膜厚センサ４１、４２は、蒸着源２０と基板９０との間には配置されない。蒸着装置１では、蒸着源２０に対する、膜厚センサ４１、４２のそれぞれの幾何学的位置が固定されている。膜厚センサ４１、４２の出力は、制御装置６０に入力される。

ここで、膜厚センサ４１は、実測用のセンサとして用いられる。膜厚センサ４２は、膜厚センサ４１に代わり、蒸着源２０から発せられる蒸着材料２０ｍの蒸発量を補正する代替用の予備センサとして用いてもよい。膜厚センサ４２は、蒸着装置１から取り除いてもよい。

膜厚センサ４１は、本体４１ｂと、複数の水晶振動子４１ｃと、複数の水晶振動子４１ｃのそれぞれを遮蔽可能な回転式のシャッタ４１ｓを有する（図１（ｃ））。膜厚センサ４１は、例えば、１２個の水晶振動子４１ｃを含むマルチセンサである。膜厚センサ４１に含まれる水晶振動子４１ｃの数は、１２個に限らない。また、実測用のセンサとしての膜厚センサ４１は、本体４１ｂと、１個の水晶振動子４１ｃと、回転式のシャッタ４１ｓを有する構成でもよい。

シャッタ４１ｓには、複数の水晶振動子４１ｃのいずれかが露出する開口４１ｈが設けられている。シャッタ４１ｓの回転により、膜厚センサ４１から任意の水晶振動子４１ｃが露出、選択される。膜厚センサ４１では、膜厚センサ４１から選択される任意の水晶振動子４１ｃによって、それぞれの水晶振動子４１ｃに堆積する蒸着材料２０ｍの蒸着速度が検知可能である。また、開口４１ｈを回転方向に隣り合う水晶振動子４１ｃ間に位置させることにより、複数の水晶振動子４１ｃのそれぞれがシャッタ４１ｓによって遮蔽される。

蒸着装置１では、任意の水晶振動子４１ｃが選択された後、水晶振動子４１ｃに堆積する蒸着材料２０ｍの蒸着速度を定期的に検知することによって、基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚が制御される。この定期的な検知とは、いわゆる間欠的な検知であって、水晶振動子４１ｃを定期的にシャッタ４１ｓから露出させて水晶振動子４１ｃによる蒸着速度の検知を行うことである。これにより、長時間、基板９０に対する蒸着を続けても、水晶振動子４１ｃには間欠的に蒸着材料２０ｍが堆積するので、同じ水晶振動子４１ｃを長時間にわたり使用することができる。

なお、膜厚センサ４２は、本体４２ｂと、基準となる水晶振動子４２ｃと、シャッタ４２ｓとを含む。膜厚センサ４２では、水晶振動子４２ｃに形成される蒸着材料２０ｍの蒸着速度が検知可能である。

温度センサ５０は、複数の蒸着源２０ｓのそれぞれに設置されている。温度センサ５０は、例えば、熱電対により温度を測定する。温度センサ５０は、制御装置６０に接続されている。温度センサ５０は、適宜、蒸着装置１から取り除いてもよい。

制御装置６０は、膜厚測定器４０及び温度センサ５０の測定結果に基づいて、蒸着源２０に設けられた加熱装置に供給される電力（交流電圧）を調整し、蒸着源２０を所望の温度に調整し、蒸着材料２０ｍの量が所望の値となるように制御する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本実施形態に係る蒸着装置のブロック構成図である。ここで、図中のＳＶは、設定信号であり、ＳＰは、目標信号であり、ＭＶは、制御信号であり、ＰＶは、測定信号である。

蒸着装置１では、膜厚測定器４０の膜厚センサ４１から任意の水晶振動子４１ｃが選択され、水晶振動子４１ｃに形成される蒸着材料２０ｍの蒸着速度を検知することによって、基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚が制御される。

例えば、図２（ａ）には、温度センサ５０を使用しない例が示されている。この場合、使用者によって所望の蒸着速度（ＳＶ）が蒸着装置１に設定されると、蒸着速度（ＳＶ）と、水晶振動子４１ｃによって検知された蒸着速度（ＰＶ）との差が目的値内に収まるように交流電源に制御信号（ＭＶ）が送られる。この結果、使用者は、所望する蒸着速度で基板９０に蒸着材料２０ｍを蒸着することができる。この制御は、例えば、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により行われる。

なお、水晶振動子４１ｃによって検知される蒸着速度（ＰＶ）は、速度フィルタによって平均化処理がなされる。これらのＰＩＤ制御及び膜厚測定器４０の管理は、制御装置６０により一括して行われる。

一方、温度センサ５０を使用し、蒸着源２０の温度を管理することにより、基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚を制御することもできる。例えば、図２（ｂ）に示すように、蒸着速度（ＳＶ）と、蒸着速度（ＰＶ）との差は、温度差として予め変換される。そして、この温度差が目的値内に収まるように、温度センサ５０によって検知された温度（ＰＶ）が所望の温度になるように、交流電源に制御信号（ＭＶ）が送られる。この結果、使用者は、所望する蒸着速度で基板９０に蒸着材料２０ｍを蒸着することができる。

特に、リニアソース型の蒸着源２０のように、熱容量が大きい蒸着源を用いる場合は、蒸着源２０の蒸発量を直接的に検知して蒸着速度を制御する方法（図２（ａ））よりも、蒸着源２０の温度を検知して蒸着速度を制御する方法（図２（ｂ））のほうが、蒸発量の過度現象が抑制されて、より精度の高い膜厚制御ができる。

しかし、膜厚センサ４１の使用環境によっては、何らかの外的要因によって水晶振動子４１ｃの共振周波数が偶発的に変動する可能性がある。

さらに、膜厚センサ４１に含まれる複数の水晶振動子４１ｃのそれぞれについては、マクロな構成（例えば、直径、石英母材の厚み）が同じであったとしても、ミクロな構成（例えば、表面研磨状態、コーティング膜の構造等）が同じであるとは限らない（内的要因）。このようなミクロな構成を複数の水晶振動子４１ｃのそれぞれについて完全に一致させることは不可能である。

さらに、外的要因、内的要因以外にも、製造プロセス中に、水晶振動子４１ｃに堆積した膜の一部が剥離する場合もある。

これらの外的要因、内的要因等は、膜厚が数ｎｍ～数百ｎｍ程度の極薄の膜を対象とし、蒸着速度が０．０１ｎｍ／秒～数１０ｎｍ／秒程度の範囲で膜厚を制御するときには、無視できない問題になる。

例えば、水晶振動子４１ｃの共振周波数が一時的に変動した場合、水晶振動子４１ｃによって検知される蒸着速度も一時的に変動する。このような変動した蒸着速度が測定信号（ＰＶ）として使用されると、蒸着源２０の温度も変動し、基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの厚みを高精度に制御できないことになる。この現象を以下に説明する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態で起こり得る現象を概略的に説明するグラフ図である。

図３（ａ）において、横軸は、時間（秒）であり、縦軸は、水晶振動子４１ｃに堆積する蒸着材料２０ｍの蒸着速度（ｎｍ／秒）である。図３（ａ）中の横方向に引かれた直線（実線）は、蒸着速度の設定値（目標値）である。この設定値は、一例として０．３ｎｍ／秒とする。設定値の上下に引かれた破線で挟まれた範囲は、設定値（実線）の９９％～１０１％の範囲を意味する。換言すれば、この範囲は、本実施形態が目的とする蒸着速度の範囲である。

また、図３（ｂ）において、横軸は、時間（秒）であり、縦軸は、周波数変化量（ＭＨｚ）である。ここで、周波数変化量（ＭＨｚ）とは、一秒前後における水晶振動子４１ｃの共振周波数の差である。

また、図３（ａ）、（ｂ）の横軸のスケールは、同じである。図３（ａ）、（ｂ）の例では、製造プロセス途中の任意の時間帯で起きた３回分のシャッタ開閉が示されている。

まず、図３（ａ）に示すように、水晶振動子４１ｃが検知する蒸着材料２０ｍの蒸着速度（ＰＶ）は、シャッタ４１ｓが閉状態では、０（ｎｍ／秒）を示すものの、シャッタ４１ｓが開かれると、０（ｎｍ／秒）から、設定値近くまで急峻に上昇する。次いで、蒸着速度（ＰＶ）は、設定値付近で安定した後、シャッタ４１ｓが閉じられると、設定値近くから０（ｎｍ／秒）に急峻に下降する。このように、シャッタ４１ｓの開閉によって、水晶振動子４１ｃが検知する蒸着速度（ＰＶ）は、時間（秒）に対して、パルス波形を示す。

本実施形態では、シャッタ４１ｓが開状態の時の水晶振動子４１ｃが検知した蒸着速度（ＰＶ）の平均値を算出し、この平均値によって蒸発源２０の温度を制御する。例えば、図中の１点破線が蒸発源２０の温度を制御する蒸着速度である。これにより、蒸発源２０からの蒸着材料２０ｍの蒸発量が水晶振動子４１ｃによって制御されるとともに、水晶振動子４１ｃ上に形成される膜の過剰な堆積が抑えられ、水晶振動子４１ｃのモニタリング寿命が長くなる。

但し、膜厚センサ４１の使用環境によっては、何らかの内的要因、外的要因等によって水晶振動子４１ｃの共振周波数が安定しない期間がある。

例えば、図３（ｂ）の例では、１番目のパルスが現れる前までは、周波数変化量（ＭＨｚ）が０（ＭＨｚ）になっている。これは、シャッタ４１ｓが閉じられた状態にあるからである。ここからシャッタ４１ｓが開けられると、周波数変化量は、ある特定の値Ｆ１（ＭＨｚ）を示す。これは、シャッタ４１ｓが開けられた状態では、水晶振動子４１ｃに蒸着材料２０ｍが徐々に堆積し、水晶振動子４１ｃの共振周波数が徐々に減少するからである。

しかし、１番目のパルスの後に、水晶振動子４１ｃの共振周波数が偶発的に変動すると、以下のような現象が起きる。

例えば、図３（ｂ）の左から２番目のパルスにおいては、シャッタ４１ｓが開けられる直前と、シャッタ４１ｓが開けられた直後から、周波数変化量が不安定になっている（Ｆ２）。これは、１番目のパルスの後に、水晶振動子４１ｃの共振周波数が偶発的に変動し、これに応じて、１秒前後における水晶振動子４１ｃの共振周波数の差も偶発的に変動するからである。さらに、これに応じて、水晶振動子４１ｃが検知した蒸着速度（ＰＶ）の値も不安定になる（図３（ａ））。

特に、水晶振動子４１ｃが検知した蒸着速度（ＰＶ）が共振周波数の変動によって大きく跳ね上がると、シャッタ開時における蒸着速度の平均値も高く算出されてしまう。このため、制御装置６０は、蒸発源２０からの蒸着材料２０ｍの蒸発量が見かけ上、高い値になっていると誤認してしまう。従って、２番目のパルスの後からは、蒸発源２０からの蒸着材料２０ｍの蒸発量が水晶振動子４１ｃによって精度よく制御できないことになる。

しかし、このような共振周波数の変動は、製造プロセス中に偶発的に起こり得ることから、例えば、左から３番目のパルスにおいては、１番目のパルスと同様のパルス形状に戻っている。そして、水晶振動子４１ｃが検知した蒸着速度（ＰＶ）も設定値付近で再び安定している。これは、２番目のパルスの後に、水晶振動子４１ｃの共振周波数が再び安定になったからである。

このような不具合を解決するために、蒸着装置１では、水晶振動子４１ｃが示す蒸着速度（ＰＶ）の信号が一時的に変動した場合には、この変動を製造プロセス中に変化量として捉え、この変化量が許容範囲内にある場合には、水晶振動子４１ｃを用いて膜厚を制御する。ここで、変化量とは、シャッタ４１ｓが開状態での所定の時間ｘ秒間における水晶振動子４１ｃが検知した、「０秒時の蒸着速度と最大蒸着速度」との差分、もしくは「０秒時の蒸着速度と最小蒸着速度」との差分で定義される。

例えば、制御装置６０は、シャッタ４１ｓを開けた後に、水晶振動子４１ｃによって検知された蒸着速度の変化量を算出し、変化量が目的値である場合には、シャッタ４１ｓを閉じて、蒸着速度に基づいて基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚を制御する。

一方、変化量が許容範囲外にある場合には、制御装置６０は、変動が偶発的に起きているか否かを確認し、変動が偶発的に起きている場合には、引き続き水晶振動子４１ｃを用いて膜厚を制御する。また、変動が偶発的に起きていない場合には、水晶振動子４１ｃによる膜厚の制御を停止したり、水晶振動子４１ｃを新規のものに交換したりする。

これらの制御は、制御装置６０によって自動的に行われる。例えば、本実施形態の蒸着方法では、蒸着材料２０ｍが収容される蒸着源２０と、水晶振動子４１ｃと、水晶振動子４１ｃを遮蔽可能なシャッタ４１ｓとを有する膜厚センサ４１とを用い、水晶振動子４１ｃに堆積する蒸着材料２０ｍの蒸着速度を定期的に検知することによって、基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚が制御される。

図４は、本実施形態の蒸着方法を示すフロー図である。

図４に示されるフロー図の概略的な流れは、以下の通りである。

例えば、制御装置６０は、シャッタ４１ｓを開けた後に、水晶振動子４１ｃによって検知された蒸着速度の変化量を算出し、この変化量が目的値である場合には、シャッタ４１ｓを閉じて、蒸着速度に基づいて基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚を制御する。

制御装置６０は、この変化量が目的値でない場合には、シャッタ４１ｓを開けた後の定められた許容時間内で、水晶振動子４１ｃによって蒸着速度を再検知し、再検知された蒸着速度の変化量が目的値であるか否かの判断を行う。

さらに、制御装置６０は、蒸着速度に基づく膜厚の制御に進む前に、蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、この差が目的値である場合には、シャッタ４１ｓを閉じて蒸着速度に基づく膜厚の制御に進む。

さらに、制御装置６０は、許容時間内における上記変化量、または上記差が目的値でない場合には、シャッタ４１ｓを閉じて、シャッタ４１ｓを再び開けて上記変化量または上記差を再び求めるリトライ動作を実行する。

さらに、制御装置６０は、リトライ動作が許容回数以下の場合には、水晶振動子４１ｃを用いた膜厚の制御を停止し、蒸着源２０の温度が制御を停止する直前の温度で維持される制御を行うこともできる。

次に、図４に示すフロー図に沿って、本実施形態に係る蒸着方法をより具体的に説明する。

まず、製造プロセス中で、シャッタ４１ｓが開状態になると（ステップＳ１１）、水晶振動子４１ｃによって検知される蒸着速度が安定するまで予備時間Ｚ１（待機時間）が設けられる（ステップＳ１２）。予備時間Ｚ１は、例えば、９０秒である。予備時間では、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度の表示を非表示にしてもよい。

次に、変化量を算出する許容時間（Ｚ２秒）のタイマ開始が行われる（ステップＳ１３）。許容時間（Ｚ２秒）は、例えば、６０秒である。

次に、許容時間がＺ２秒以内か否かの判断がなされる（ステップＳ１４）。

許容時間がＺ２秒以内の場合には、水晶振動子４１ｃによって蒸着速度（ＰＶ）が計測される（ステップＳ１５）。

次に、ｘ秒間における変化量が所望の範囲±ｙ（ｎｍ／秒）以内にあるか否かの判断がなされる（ステップＳ１６）。ｘ秒間は、シャッタ４１ｓが開状態の時間と同じか、それ以下の時間である。例えば、ｘ秒間は、１０秒である。±ｙ（ｎｍ／秒）は、例えば、±０．００１（ｎｍ／秒）である。

次に、変化量が所望の範囲以内にあるときは、ｓ秒間、前回との変化量との差が算出される（ステップＳ２１）。ｓ秒間は、例えば、１秒である。

変化量が所望の範囲にないときは、許容時間内であるか否かの判断が行われ（ステップＳ１４）、再度、水晶振動子４１ｃによって蒸着速度（ＰＶ）が計測される（ステップＳ１５）。これは、水晶振動子４１ｃの共振周波数の変動が偶発的に起きた可能性があるからである。

次に、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度が検知が２回目以降では、前回との変化量との差が所望の範囲±ｔ（ｎｍ／秒）以内にあるか否かの判断がなされる（ステップＳ２１）。なお、この段階での「前回の変化量」とは、変化量が所望の範囲以内にある前回の蒸着速度のデータが使用される。また、±ｔ（ｎｍ／秒）は、±０．０３（ｎｍ／秒）である。

次に、前回との変化量との差が所望の範囲以内にある場合には、蒸着速度（ＰＶ）に基づいて蒸発源２０の温度を制御するために、水晶振動子４１ｃによって計測された蒸着速度（ＰＶ）が制御装置６０に取り込まれる（ステップＳ２２）。

次に、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度（ＰＶ）の計測が停止されて（ステップＳ２３）、シャッタ４１ｓが閉状態になる（ステップＳ３１）。この後、検知された蒸着速度（ＰＶ）によって、蒸着源２０の温度（ＳＶ）が設定される。なお、蒸着源２０の温度（ＳＶ）を制御する蒸着速度（ＰＶ）は、ｘ秒間における蒸着速度の平均値である。

次に、シャッタ４１ｓがｕ秒間、閉状態になるカウントがなされ（ステップＳ３３）、ｕ秒間、シャッタ４１ｓが閉状態になる。ｕ秒は、例えば、３６００秒である。また、ｕ秒後には、再びシャッタ４１ｓが開状態となって（ステップＳ１１）、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度（ＰＶ）の検知が再開される。

なお、ステップＳ２１を略して、ステップＳ１６からステップＳ２２に進むフローも、本実施形態に含まれる。

本実施形態では、水晶振動子４１ｃの共振周波数の変動が偶発的に起こることを考慮して、ステップＳ１６→ステップＳ１４→ステップＳ１５→ステップＳ１６のルーチン動作の他にも、リトライ動作の機会が水晶振動子４１ｃに別途与えられている。

例えば、ステップＳ１４の段階で、許容時間Ｚ２を超えている場合には、シャッタ４１ｓが開状態から閉状態になる（ステップＳ４１）。

次に、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度（ＰＶ）の計測が停止される（ステップＳ４２）。次に、リトライカウンタによって、リトライ動作（第１リトライ動作）の回数として回数Ａが１回加算される（ステップＳ４３）。

次に、リトライ動作の回数Ａが所定回数Ｍ回未満ならば（ステップＳ４４）、再びシャッタ４１ｓが開状態となって（ステップＳ１１）、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度（ＰＶ）の検知が再開される。所定回数Ｍ回は、例えば、３回とする。

あるいは、ステップＳ２１の段階で、前回との変化量との差が範囲±ｔ（ｎｍ／秒）外にある場合には、シャッタ４１ｓが開状態から閉状態になる（ステップＳ４１）。

次に、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度（ＰＶ）の計測が停止される（ステップＳ４２）。次に、リトライカウンタによって、リトライ動作（第１リトライ動作）の回数Ａが１回加算される（ステップＳ４３）。

次に、リトライ動作の回数Ａが所定回数Ｍ回未満ならば（ステップＳ４４）、再びシャッタ４１ｓが開状態となって（ステップＳ１１）、水晶振動子４１ｃによる蒸着速度（ＰＶ）の検知が再開される。

但し、リトライ動作の回数Ａが所定回数Ｍ回以上ならば（ステップＳ４４）、別のリトライカウンタによって、リトライ動作（第２リトライ動作）の回数として回数Ｂが１回加算される（ステップＳ５１）。

次に、リトライ動作の回数Ｂの回数が許容回数Ｎ回以下か否かの判断がなされる（ステップＳ５２）。

ここで、リトライ動作の回数Ｂが許容回数Ｎ以下の場合には、水晶振動子４１ｃを用いた膜厚の制御を停止し、蒸着源２０の温度が制御を停止する直前の温度で維持される（ステップＳ５３）。例えば、前回に検知された蒸着速度に対応した蒸着源２０の温度で、蒸着源２０の温度が保持される。許容回数Ｎ回は、例えば、３回とする。

なお、リトライ動作の回数Ｂが許容回数Ｎを超えた場合には、水晶振動子４１ｃは、不良品だと判断され、水晶振動子４１ｃが別の水晶振動子４１ｃに交換される（ステップＳ５４）。

このような蒸着装置１であれば、シャッタ４１ｓが開けられた後に、水晶振動子４１ｃによって検知された蒸着速度の変化量が算出され、変化量が目的値である場合にシャッタ４１ｓが閉じられて、水晶振動子４１ｃが検知した蒸着速度に基づいて基板９０に形成される蒸着材料２０ｍの膜厚が制御される。これにより、水晶振動子４１ｃが示すモニタリング値の偶発的な変動が避けられ、長時間にわたり基板９０上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

例えば、蒸着速度（ＰＶ）に基づく膜厚の制御に進む前に、変化量が目的値でない場合には、シャッタ４１ｓを開けた後の定められた許容時間内で、水晶振動子４１ｃによって蒸着速度が再検知される。あるいは、蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、この差が目的値である場合には、シャッタ４１ｓを閉じて蒸着速度に基づく膜厚の制御に進むことになる。これにより、水晶振動子４１ｃが示すモニタリング値の偶発的な変動が確実に避けられ、長時間にわたり基板９０上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

また、リトライ動作の機会を水晶振動子４１ｃに与えることにより、水晶振動子４１ｃが示すモニタリング値の偶発的な変動が確実に避けられ、長時間にわたり基板上に形成される膜の厚みが高精度に制御される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

１…蒸着装置
１０…真空容器
２０、２０ｓ…蒸着源
２０ｍ…蒸着材料
３０…基板搬送機構
４０…膜厚測定器
４１、４２…膜厚センサ
４１ｓ、４２ｓ…シャッタ
４１ｂ、４２ｂ…本体
４１ｃ、４２ｃ…水晶振動子
４１ｈ…開口
５０…温度センサ
６０…制御装置
９０…基板
９０ｄ…成膜対象面
９１…基板ホルダ

Claims

真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、蒸着材料が収容される蒸着源と、
前記蒸着源に対向する水晶振動子と、前記水晶振動子を遮蔽可能なシャッタとを有する膜厚センサと、
前記水晶振動子に堆積する蒸着材料の蒸着速度を定期的に前記シャッタを開けて検知することによって、基板に形成される前記蒸着材料の膜厚を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、
前記シャッタを前記定期的に開けた後に、前記水晶振動子によって検知された前記蒸着速度の変化量を算出し、前記変化量が目的値である場合には、前記シャッタを閉じて、前記蒸着速度に基づいて前記基板に形成される前記蒸着材料の前記膜厚を制御し、前記水晶振動子の共振周波数の変動の要因によって前記変化量が目的値でないと判断した場合には、前記シャッタを開けた後の定められた許容時間内で、前記水晶振動子によって前記蒸着速度を再検知し、再検知された前記蒸着速度の変化量が目的値であるか否かの判断を行う
蒸着装置。
請求項１に記載された蒸着装置であって、
前記制御装置は、前記蒸着速度に基づく前記膜厚の制御に進む前に、前記蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、前記差が目的値である場合には、前記シャッタを閉じて前記蒸着速度に基づく前記膜厚の制御に進む
蒸着装置。
請求項２に記載された蒸着装置であって、
前記制御装置は、前記許容時間内における前記変化量、または前記差が目的値でない場合には、前記シャッタを閉じ、前記シャッタを再び開けて前記変化量または前記差を再び求めるリトライ動作を実行する
蒸着装置。
請求項３に記載された蒸着装置であって、
前記制御装置は、前記リトライ動作が許容回数以下の場合には、前記水晶振動子を用いた前記膜厚の制御を停止し、前記蒸着源の温度が前記制御を停止する直前の温度で維持される制御を行う
蒸着装置。
蒸着材料が収容される蒸着源と、水晶振動子と、前記水晶振動子を遮蔽可能なシャッタとを有する膜厚センサとを用い、前記水晶振動子に堆積する前記蒸着材料の蒸着速度を定期的に前記シャッタを開けて検知することによって、基板に形成される前記蒸着材料の膜厚を制御する蒸着方法であって、
前記シャッタを前記定期的に開けた後に、前記水晶振動子によって検知された前記蒸着速度の変化量を算出し、前記変化量が目的値である場合には、前記シャッタを閉じて、前記蒸着速度に基づいて前記基板に形成される前記蒸着材料の前記膜厚を制御し、前記水晶振動子の共振周波数の変動の要因によって前記変化量が目的値でないと判断した場合には、前記シャッタを開けた後の定められた許容時間内で、前記水晶振動子によって前記蒸着速度を再検知し、再検知された前記蒸着速度の変化量が目的値であるか否かの判断を行う
蒸着方法。
請求項５に記載された蒸着方法であって、
前記蒸着速度に基づく前記膜厚の制御に進む前に、前記蒸着速度と、前回に検知された蒸着速度との差を求め、前記差が目的値である場合には、前記シャッタを閉じて前記蒸着速度に基づく前記膜厚の制御に進む
蒸着方法。
請求項６に記載された蒸着方法であって、
前記許容時間内における前記変化量または前記差が目的値でない場合には、前記シャッタを閉じ、前記シャッタを再び開けて前記変化量または前記差を再び求めるリトライ動作を実行する
蒸着方法。
請求項７に記載された蒸着方法であって、
前記リトライ動作が許容回数以下の場合には、前記水晶振動子を用いた前記膜厚の制御を停止し、前記蒸着源の温度が前記制御を停止する直前の温度で維持される
蒸着方法。