JP7211793B2 - 蒸発レート測定装置、蒸発レート測定装置の制御方法、成膜装置、成膜方法及び電子デバイスを製造する方法 - Google Patents

蒸発レート測定装置、蒸発レート測定装置の制御方法、成膜装置、成膜方法及び電子デバイスを製造する方法 Download PDF

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Description

本発明は、蒸発レート測定装置、蒸発レート測定装置の制御方法、成膜装置、成膜方法及び電子デバイスを製造する方法に関するものである。
最近、フラットパネル表示装置としての有機ＥＬ表示装置が脚光を浴びている。有機ＥＬ表示装置は自発光ディスプレイであり、応答速度、視野角、薄型化などの特性が液晶パネルディスプレイより優れており、モニター、テレビ、スマートフォンに代表される各種の携帯端末などで既存の液晶パネルディスプレイを速いスピードで代替している。また、自動車用ディスプレイ等にも、その応用分野を広げている。
有機ＥＬ表示装置の素子は、２つの向かい合う電極（カソード電極、アノード電極）の間に発光を起こす有機物層が形成された基本構造を持つ。有機ＥＬディスプレイ素子の有機物層と金属電極層は、真空チャンバー内で蒸着材料が収容された蒸発源を加熱し、蒸着材料を蒸発させて、画素パターンが形成されたマスクを介して基板に成膜することで製造される。
特に、成膜装置では基板に蒸着された蒸着材料の膜厚及び成膜レートを測定及び制御するために、蒸発レートセンサーとして水晶振動子を使う。水晶振動子は水晶振動子の固有振動周波数（共振周波数）と水晶振動子の電極上に堆積される蒸着材料の厚さとの間の関係を利用して蒸発レートを算出することができる。
水晶振動子は、ある程度以上の厚さで蒸着材料が堆積すれば、水晶振動子の共振振動が不安定になったり、共振振動を維持できなくなったりするが、この場合、新しい水晶振動子への交換のために、通常、一つのセンサー内に複数の水晶振動子を備えた蒸発レートセンサーが使用されている。
一方、成膜対象の基板のサイズが大型化するにつれて、成膜速度などを高めるため、成膜装置内に複数の蒸発源を配置し、蒸発源のそれぞれに対応して蒸発レートセンサーを設けた成膜装置が提案されている。
このように複数の蒸発レートセンサーが設けられた成膜装置の場合、各蒸発レートセンサーにおける水晶振動子の寿命判定による切り替えタイミングをどう制御するかによって成膜装置の全体的な運用効率が大きく変わり得るが、この蒸発レートセンサーの効果的な水晶振動子の交換（切り替え）タイミングに関する研究は十分になされていない。
本発明は、以上の点に鑑み、複数の蒸発レートセンサーが設けられた成膜装置において、各蒸発レートセンサーの水晶振動子の切り替えタイミングを効果的に制御することによって、成膜装置の成膜可能期間を最大限確保し、全体的な運用効率を向上させることができる蒸発レート測定装置、蒸発レート測定装置の制御方法、成膜装置、成膜方法及び電子デバイスを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明による蒸発レート測定装置は、複数の蒸発源から蒸着材料を蒸発させて基板の成膜面に蒸着する成膜装置に用いられる蒸発レート測定装置であって、前記複数の蒸発源のそれぞれに対応して設置される複数の蒸発レートセンサーであって、それぞれ、対応する前記蒸発源から蒸発する前記蒸着材料の蒸発レートをモニタリングするための複数の水晶振動子を含む複数の蒸発レートセンサーと、前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサーによる前記モニタリングの結果に基づいて前記各蒸発源からの前記蒸着材料の蒸発レートを算出する蒸発レート算出部と、前記各蒸発レートセンサーにおける前記複数の水晶振動子の切り替えタイミングを制御する制御部と、前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサー内の水晶振動子の寿命を
判定する寿命判定部と、を含み、前記制御部は、前記複数の蒸発レートセンサーのうち、前記寿命判定部による寿命判定結果によって切り替え時期が一番先に到来する蒸発レートセンサーでの水晶振動子の切り替えタイミングに合わせて、前記複数の蒸発レートセンサーの水晶振動子を一括して切り替えるように制御することを特徴とする。
本発明による蒸発レート測定装置の制御方法は、複数の蒸発源から蒸着材料を蒸発させて基板の成膜面に蒸着する成膜装置に用いられる蒸発レート測定装置の制御方法であって、前記蒸発レート測定装置は、前記複数の蒸発源のそれぞれに対応して設置される複数の蒸発レートセンサーであって、それぞれ、対応する前記蒸発源から蒸発する前記蒸着材料の蒸発レートをモニタリングするための複数の水晶振動子を含む複数の蒸発レートセンサーを有し、蒸発レート測定装置の制御方法は、前記各蒸発レートセンサーによる前記モニタリングの結果に基づいて前記各蒸発源からの前記蒸着材料の蒸発レートを算出する蒸発レート算出ステップと、前記各蒸発レートセンサーにおける前記複数の水晶振動子の切り替えタイミングを制御する制御ステップと、前記各蒸発レートセンサー内の水晶振動子の寿命を判定する寿命判定ステップと、を含み、前記制御ステップにおいて、前記複数の蒸発レートセンサーのうち、前記寿命判定ステップによる寿命判定結果によって切り替え時期が一番先に到来する蒸発レートセンサーでの水晶振動子の切り替えタイミングに合わせて、前記複数の蒸発レートセンサーの水晶振動子を一括して切り替えるように制御することを特徴とする。
本発明による成膜装置は、基板の成膜面に蒸着材料を蒸発させて蒸着する成膜装置であって、前記基板を保持する基板保持ユニットと、前記基板の成膜面と対向して配置される複数の蒸発源と、前記複数の蒸発源のそれぞれに対応して設置される複数の蒸発レートセンサーであって、それぞれ、対応する前記蒸発源から蒸発する前記蒸着材料の蒸発レートをモニタリングするための複数の水晶振動子を含む複数の蒸発レートセンサーと、前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサーによる前記モニタリングの結果に基づいて前記各蒸発源からの前記蒸着材料の蒸発レートを算出する蒸発レート算出部と、前記各蒸発レートセンサーにおける前記複数の水晶振動子の切り替えタイミングを制御する制御部と、前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサー内の水晶振動子の寿命を判定する寿命判定部と、を含み、前記制御部は、前記複数の蒸発レートセンサーのうち、前記寿命判定部による寿命判定結果によって切り替え時期が一番先に到来する蒸発レートセンサーでの水晶振動子の切り替えタイミングに合わせて、前記複数の蒸発レートセンサーの水晶振動子を一括して切り替えるように制御することを特徴とする。
本発明によれば、複数の蒸発レートセンサーが設けられた成膜装置において、各蒸発レートセンサーの水晶振動子の切り替えタイミングを効果的に制御することによって、成膜装置の成膜可能期間を最大限確保し、全体的な運用効率を向上させることができる蒸発レート測定装置、蒸発レート測定装置の制御方法、成膜装置、成膜方法及び電子デバイスを製造する方法を提供することができる。
図１は、電子デバイス製造装置の一部の模式図である。 図２は、本発明の一実施例による成膜装置の模式図である。 図３は、回転型の多点蒸発源（リボルバ）の概略図である。 図４は、本発明の一実施例による成膜装置内での基板と複数の蒸発源との配置関係を説明するための上面図である。 図５（ａ）は、水晶振動子の断面形状を示す概略図であり、図５（ｂ）は、複数の水晶振動子を有する蒸発レートセンサーの上面図である。 図６は、水晶振動子のインピーダンスの時間による変化を示すグラフである。 図７は、各蒸発レートセンサーの水晶振動子の寿命切れ時期を説明するためのタイミング図である。 図８は、本発明による水晶振動子の切り替えタイミング制御方式を説明するためのタイミング図である。 図９は、本発明の有機ＥＬ装置の概略図である。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態及び実施例を説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は、本発明の好ましい構成を例示的に示すものであり、本発明の範囲は、これらの構成に限定されない。また、以下の説明において、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理の流れ、製造条件、大きさ、材質、形状等は、特に特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらに限定しようとする趣旨ではない。
本発明は、フラットな基板の表面に真空蒸着によって所定パターンの薄膜（材料層）を形成する装置に望ましく適用することができる。基板の材料としては、硝子、樹脂、金属などの任意の材料を選択してもよく、また、蒸着材料としても有機材料、金属性材料（金属、金属酸化物など）などの任意の材料を選択してもよい。本発明の技術は、具体的には、有機電子デバイス（例えば、有機ＥＬ表示装置、薄膜太陽電池）、光学部材などの製造装置に適用可能である。その中でも、有機ＥＬ表示装置の製造装置においては、蒸着材料を蒸発させて有機ＥＬ表示素子を形成しているので、本発明の好ましい適用例の一つである。
＜電子デバイスの製造装置＞
図１は、電子デバイスの製造装置の一例を示す模式図である。
図１の電子デバイスの製造装置は、例えば、スマートフォン用の有機ＥＬ表示装置の表示パネルの製造に用いられる。スマートフォン用の表示パネルの場合、例えば、フルサイズ（約１５００ｍｍ×約１８５０ｍｍ）又はハーフカットサイズ（約１５００ｍｍ×約９２５ｍｍ）の基板に有機ＥＬ素子の形成のための成膜を行った後、該基板を切り抜いて複数の小さなサイズのパネルを製作する。
電子デバイスの製造装置は、一般的に図１に示すように、複数のクラスタ装置１を含み、各クラスタ装置１は、基板１０に対する処理（例えば、成膜）が行われる複数の成膜室１１と、使用前後のマスクが収納される複数のマスクストックチャンバー１２と、その中央に配置される搬送室１３を具備する。
搬送室１３内には、複数の成膜室１１の間で基板１０を搬送し、成膜室１１とマスクストックチャンバー１２との間でマスクを搬送する搬送ロボット１４が設置される。搬送ロボット１４は、例えば、多関節アームに、基板１０を保持するロボットハンドが取り付けられた構造を有するロボットである。
各成膜室１１には、成膜装置（蒸着装置とも呼ぶ）が設置される。成膜装置では、蒸発源に収納された蒸着材料がヒータによって加熱されて蒸発し、マスクを介して基板上に蒸着される。搬送ロボット１４との基板１０の受け渡し、基板１０とマスクの相対位置の調整（アライメント）、マスク上への基板１０の固定、成膜（蒸着）などの一連の成膜プロセスは、成膜装置によって自動的に行われる。
マスクストックチャンバー１２には、成膜室１１での成膜工程に使われる新しいマスクと、使用済みのマスクとが、二つのカセットに分けて収納される。搬送ロボット１４は、使用済みのマスクを成膜室１１からマスクストックチャンバー１２のカセットに搬送し、
マスクストックチャンバー１２の他のカセットに収納された新しいマスクを成膜室１１に搬送する。
クラスタ装置１には、基板１０の流れ方向において上流側からの基板１０を当該クラスタ装置１に搬送するパス室１５と、当該クラスタ装置１で成膜処理が完了した基板１０を下流側の他のクラスタ装置１に搬送するためのバッファー室１６が連結される。搬送室１３の搬送ロボット１４は、上流側のパス室１５から基板１０を受け取って、当該クラスタ装置１内の成膜室１１の一つ（例えば、成膜室１１ａ）に搬送する。また、搬送ロボット１４は、当該クラスタ装置１での成膜処理が完了した基板１０を複数の成膜室１１の一つ（例えば、成膜室１１ｂ）から受け取って、下流側に連結されたバッファー室１６に搬送する。
バッファー室１６とパス室１５との間には、基板１０の向きを変える旋回室１７が設置される。これにより、上流側のクラスタ装置１と下流側のクラスタ装置１で基板１０の向きが同一となり、基板処理が容易になる。
本実施例では、図１を参照して、電子デバイスの製造装置の構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の種類のチャンバーを有してもよく、チャンバー間の配置が変わってもいい。
以下、成膜室１１に設けられる成膜装置の構成について説明する。
＜成膜装置＞
図２は、成膜装置２の構成を概略的に示す断面図である。図２に示す例は、特に金属電極層を形成するのに使われる金属性蒸着材料の成膜装置２の構成を模式的に示したものであるが、本発明はこれに限らず、有機材料を蒸着するための成膜装置にも適用可能である。
成膜装置２は真空チャンバー２０を具備する。真空チャンバー２０の内部は真空などの減圧雰囲気、或いは窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持される。真空チャンバー２０の内部の上部には、基板保持ユニット２１とマスク台２２とが設けられ、真空チャンバー２０の内部の下部には蒸発源２３が設置される。
基板保持ユニット２１は、搬送室１３の搬送ロボット１４から受け取った基板１０を保持及び搬送する手段で、基板ホルダとも呼ぶ。フレーム状のマスク台２２は、基板保持ユニット２１の下側に設置され、マスク台２２上にはマスク２２２が載置される。マスク２２２は、基板１０上に形成される薄膜パターンに対応する開口パターンを有する。
成膜時には、基板保持ユニット２１がマスク台２２に対して相対的に下降し（或いはマスク台２２が基板保持ユニット２１に向かって上昇し）、基板保持ユニット２１によって保持された基板１０がマスク２２２上に置かれた後、真空チャンバー２０の上部（外部）から導入された回転シャフト２７によって、基板保持ユニット２１及びマスク台２２を回転させることで、マスク２２２及びマスク２２２の上に置かれた基板１０を回転させる。これは基板１０上に金属性蒸着材料が均一な厚さで成膜できるようにするためである。図２には示していないが、真空チャンバー２０の上面の外部（大気側）には、回転シャフト２７を回転駆動するためのアクチュエータを含む駆動機構が設置される。
また、マスク台２２の下側には基板シャッター（不図示）を設けることができる。基板シャッターが、基板１０に対する成膜時以外において基板１０を覆うことで、蒸発源２３から蒸発した蒸着材料が基板１０に堆積することが抑止される。
真空チャンバー２０の内部の下部には、基板１０に成膜される蒸着材料が収納されるるつぼ２３１とるつぼ２３１を加熱するためのヒータ（不図示）とを含む蒸発源２３、蒸発源シャッター２５、蒸発レートセンサー２６などが設置される。
成膜装置２の蒸発源２３は真空チャンバー２０の底面に複数設置され、各蒸発源２３は複数のるつぼ２３１を含む。図３は、蒸発源２３の細部構成を示す図である。各蒸発源２３が有する複数のるつぼ２３１が、各蒸発源２３の回転軸を中心とする円の円周上に配置されている。各蒸発源２３は、回転駆動機構（不図示）によって回転（自転）することで、複数のるつぼ２３１の位置が順に移動し、このるつぼの位置移動によってあらかじめ定められた蒸着位置に移動してきたるつぼ２３２（黒色で表示）から蒸着材料を順に蒸発させて基板１０に堆積させる回転型の多点蒸発源（リボルバ）である。
図４は、成膜装置２内での基板１０と複数の蒸発源２３との配置関係を説明するための上面図である。
前述のように、成膜装置２の真空チャンバー内の上部には、成膜時、回転シャフト２７によって駆動されて回転する基板１０が配置される。成膜装置２の真空チャンバー内の下部には、基板１０と対向して、基板１０の成膜面と対向する面内に複数の蒸発源２３が配置される。本実施例では、成膜装置２の上面から見たとき（平面視で）、矩形状の成膜装置２の各コーナー部に対応して四つの蒸発源２３が矩形状の四つの角部に対応する位置に配置される。また、これら四つの蒸発源２３のうち矩形短辺側において隣接する二つの蒸発源２３の間に上記コーナー部の蒸発源２３よりも少ない数のるつぼを有する小径の蒸発源が一つずつ配置され、計６つの蒸発源が配置されている。
成膜装置２内に配置される複数の蒸発源２３の数や各蒸発源２３内に具備される複数のるつぼ２３１の数などは、これに限定されず、設計に応じて適宜変更できる。
前述のように、各蒸発源２３において複数のるつぼ２３１のうちの一つのるつぼ２３２は、成膜時、蒸着位置に位置する。蒸着位置とは、該位置に位置するるつぼ２３２が基板１０に向かって蒸着材料を蒸発させて供給する位置をいう。つまり、各蒸発源２３は、成膜時、蒸着位置に位置するるつぼ２３２（以下、「蒸着用るつぼ」ともいう）をヒータによって高温（例えば、１３００℃）に加熱して該当るつぼ２３２内に収納された蒸着材料を蒸発させて基板１０に堆積させる。
蒸着位置のるつぼ２３２内の蒸着材料が消耗すれば、蒸発源２３を回転駆動して、蒸着位置に位置するるつぼ２３２を蒸着後位置に移動させ、予備加熱位置にあったるつぼ２３３を蒸着位置に回転移動させる。
予備加熱位置とは、蒸着位置のるつぼ２３２内の蒸着材料が消耗した後に、次に蒸着位置に移動させるるつぼ２３３を予熱しておく位置を意味する。以下、予備加熱位置に位置するるつぼ２３３を「予備加熱用るつぼ」とも称する。このように、蒸着位置に移動させるるつぼ２３３を予め加熱しておくことで、予備加熱位置に位置させるるつぼ２３３が蒸着位置に移動した後に当該るつぼを加熱するのにかかる時間を減らすことができ、成膜時間を短縮することができる。
蒸着位置と予備加熱位置は、当該位置に配置されたるつぼ２３２、２３３が互いに熱干渉による影響を受けないように離間している。本実施例では蒸着用るつぼ２３２と予備加熱用るつぼ２３３との間に他のるつぼ２３１を配置している。
各蒸発源２３の全てのるつぼ２３１の蒸着材料が消耗するまで蒸発源２３を回転させながら蒸着を行い、すべての蒸着材料が消耗すれば、成膜装置２の動作を止めて、るつぼ２３１内に蒸着材料を充填する。
図２の説明に戻る。蒸着位置のるつぼ２３２から蒸発した蒸着材料が基板１０に堆積されることを必要に応じて一時的に防ぐために（例えば、成膜開始前の準備工程などにおいて蒸発源２３からの蒸発レートが安定するまで蒸着材料が基板１０に飛散することを防ぐために）、蒸発源２３の上部には、基板１０への蒸着材料の移動経路の遮蔽と開放を制御する蒸発源シャッター２５が設置されてもよい。蒸発源シャッター２５が回転移動して蒸着位置のるつぼの上方を開放することにより、蒸着位置のるつぼ２３２からの蒸着材料が基板１０に向かって飛散し、基板１０への成膜が開始される。
また、成膜装置２には、成膜時、蒸発源２３からの蒸着材料の蒸発量をモニタリングして、これから基板１０上に成膜される膜の厚さを算出するための蒸発レート測定装置が設置される。以下、この蒸着レート測定装置について詳しく説明する。
＜蒸発レート測定装置＞
図２に示すように、本発明による蒸発レート測定装置は、各蒸発源２３の蒸着用るつぼ２３２から蒸発される蒸着材料のレートをモニターするための蒸発レートセンサー２６と、蒸発レートセンサー２６からの測定結果を受信し基板１０上の膜の厚さまたは成膜レートを算出するとともに、蒸発レートセンサー２６の寿命を判定し、かつ蒸発レートセンサー２６を駆動する蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４とを含む。
蒸発レートセンサー２６は、基板１０の成膜面と複数の蒸発源２３との間の領域に、各蒸発源２３に対応して設置される。蒸発レートセンサー２６は、成膜時に基板１０への成膜に影響を及ぼさないようにするため、蒸発源２３の上方において、四つの角部に配置された各蒸発源２３の回転中心を連結する円（Ｃ１；図４参照）より外側の位置に設置することが好ましい。
蒸発レートセンサー２６は、蒸発レートの変動に従って固有振動周波数（共振周波数）が変動する水晶振動子３０を複数備えて構成される。
図５（ａ）は、各水晶振動子３０の断面形状を示す概略図であり、図５（ｂ）は、複数の水晶振動子３０を有する蒸発レートセンサー２６の構成を図示した上面図である。図５（ａ）に示すように、各水晶振動子３０は一定の結晶方向で切断された水晶板３１の表面及び裏面に電極膜３２，３３を形成した構造を持つ。
水晶振動子３０に用いられる水晶板３１は比較的温度特性が優秀なＡＴ－カット（ＡＴ－ｃｕｔ）の水晶を使うのが好ましい。水晶板３１の表面または裏面を凸状の曲面にしてもよい。好ましくは、水晶振動子３０における蒸着材料の堆積面と反対側（電極膜３３側）の裏面を曲面にし、蒸着材料が堆積される側（電極膜３２側）の表面を平面にすることにより、水晶振動子３０の振動の安定性を高めることができる。
水晶振動子３０の電極膜３２，３３はアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金、或いは、金（Ａｕ）からなるものが好ましい。これはアルミニウム合金或いは金からなる電極膜３２，３３が蒸着材料との密着性がよく、水晶振動子３０の電極膜３２上に堆積された蒸着膜（蒸着材料）が水晶振動子３０の共振振動によく追従することができるからである。図５（ａ）では電極膜３２上に直接蒸着材料が堆積されていることを図示しているが、電極膜３２上には電極材料との密着性がより良く、蒸着材料との境界が連続的に変わる第３の膜（例えば、蒸着材料と異なる炭素を含む有機材料）を追加で形成してもよい。
水晶振動子３０の電極膜３２，３３に交流電位を印可すると、水晶の圧電特性によって水晶振動子３０が振動を始め、その共振周波数は、水晶板３１の厚さに依存する。このような水晶振動子３０の共振周波数は電極膜３２上に堆積される蒸着材料の質量変動によっ
て変わり、水晶振動子３０の共振周波数の変動値と蒸着材料の質量の変動値との間には以下のような関係式（Ｓａｕｅｒｂｒｅｙ式）が成立する。
Figure 0007211793000001
ここで、Δｆは共振周波数の変動値、Δｍは水晶振動子３０の電極膜３２上に堆積された蒸着材料の質量変動値、ｆは水晶の基本周波数、μは水晶のせん断係数（ｓｈｅａｒ ｍｏｄｕｌｕｓ）、ρＱは水晶の密度、Ａは電極面積である。すなわち、水晶振動子３０の電極膜３２上に蒸着材料が堆積されてその質量が増加するにつれて、水晶振動子３０の共振周波数は小さくなる。
蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４内の蒸発レート算出部２４－１は、上記の関係を利用し、水晶振動子３０の共振周波数の変動値を測定した結果から電極膜３２上に堆積された膜の質量変動値、さらに膜厚及び成膜レートを求めることができる。蒸発レートセンサー２６は、図５（ｂ）に示すように、このような水晶振動子３０を複数備えて構成される。
複数の水晶振動子３０のうち、開口３４に対応する位置にある水晶振動子３０だけが蒸発源２３側に露出して、蒸発源２３から飛散してきた蒸着材料が堆積される。これにより、基板１０に蒸着される蒸着材料の膜厚及び成膜レートが測定される。その間、開口３４から露出した水晶振動子３０以外の水晶振動子３０は蒸発源２３側に露出しない状態で維持される。蒸発源２３側に露出されていた水晶振動子３０が寿命に達すると、蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４のセンサー駆動部２４－３によって、他の水晶振動子３０を開口３４に対応する位置に回転移動させて、寿命に達した水晶振動子３０から新しい（蒸着材料が堆積されていない）水晶振動子３０に切り替える。蒸発レート算出部２４－１は、同様に膜厚及び成膜レートの測定を続ける。複数の水晶振動子３０の切り替えタイミング制御に関する詳細については後述する。
蒸発レートセンサー２６では、図５（ｂ）に示すように、回転可能なチョッパ３５を使って開口３４に対応する位置にある水晶振動子３０に堆積される蒸着材料の量を調節することができる。すなわち、開口部３５６を有するチョッパ３５を一定の速度で回転させ、開口３４に対応する位置にある水晶振動子３０を周期的に蒸発源２３から隠すことで、当該水晶振動子３０に堆積される蒸着材料の量を調節することができる。
＜水晶振動子の寿命判定及び水晶振動子の切り替えタイミング制御＞
以下、蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４のセンサー寿命判定部２４－２によって行われる水晶振動子３０の寿命判定について説明する。
水晶振動子３０に蒸着材料が堆積するにつれて、水晶振動子３０の共振周波数は上記関係式１に従って減少する。水晶振動子３０の電極膜３２上に堆積される蒸着材料の膜厚が薄くて蒸着膜を完全弾性体またはリジッド（ｒｉｇｉｄ）なものと見なすことができる場合（すなわち、蒸着膜が完全弾性体またはリジッドな膜として挙動する場合）には、蒸着膜が水晶振動子３０の共振振動をそのまま追従するので、上記関係式１によって共振周波数の変動値から蒸着膜の厚さを正確に算出することができる。
しかし、水晶振動子３０の電極膜３２上に堆積された蒸着材料がある程度以上厚くなると、堆積された蒸着膜は完全弾性体またはリジッドなものと見なすことができない。その
ため、堆積された蒸着膜は、水晶振動子３０の共振振動に対して正確に追従することはできず、水晶振動子３０のインピーダンス値における抵抗成分が増加する。つまり、水晶振動子３０は電気的には直列等価ＲＬＣ回路として表すことができるが、蒸着膜が厚くなって蒸着膜が水晶振動子３０の共振振動に対して正確に追従することができなくなると、蒸着膜は水晶振動子３０の振動に対してダンピング（ｄａｍｐｉｎｇ）として作用することになる。これは水晶振動子３０の等価回路の抵抗（Ｒ）成分の増加を招き、水晶振動子３０の振動エネルギーの損失をもたらす。
水晶振動子３０が共振周波数で振動している場合、等価回路のインピーダンス値は等価回路の抵抗（Ｒ）値と等しくなり、この際の抵抗（Ｒ）値を等価直列抵抗（ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）と言う。蒸着膜がある程度以上厚くなると、図６に示すように、等価直列抵抗値が増加する。ただし、等価直列抵抗値がある程度増加する（図６のｔ１）までは、蒸着膜の挙動を依然として完全弾性体又はリジッドなものに近似することができるので、関係式１によって共振周波数の変動値から蒸着膜の厚さを算出することができる。
ところが、蒸着膜の厚さが更に厚くなり、蒸着膜内部の応力によって蒸着膜に変形、クラック、剥がれなどの現象が生じると、電極膜３２上の蒸着膜は水晶振動子３０の共振振動に対して追従することができなくなる。これにより、図６に示した等価直列抵抗値において、大きな変動として現われる。この場合は、これ以上水晶振動子３０の共振周波数の変動値から蒸着材料の質量変動値（膜厚の変動値）を求めることができなくなるので、水晶振動子３０の寿命が切れたと判定する。
このように、水晶振動子３０の寿命は、水晶振動子上に蒸着された蒸着膜の変形、クラック、剥がれなどの多様な原因によってその挙動を予測できなくなることを検出することで判定するが、その具体的な判定方法としては多様な方式が考えられる。例えば、水晶振動子３０の等価直列抵抗値が所定の閾値（ＥＳＲＴＨ）を越えると、水晶振動子３０の寿命が切れたと判定することができる。または、水晶振動子３０の等価直列抵抗値（ＥＳＲ）そのものではなく、等価直列抵抗値の変動値（ΔＥＳＲ）を基準とし、当該変動値（ΔＥＳＲ）を所定の閾値（ΔＥＳＲＴＨ）と比較して水晶振動子３０の寿命を判定することもできる。等価直列抵抗値の変動値（ΔＥＳＲ）を基準とする後者の方法では、具体的に、上記変動値（ΔＥＳＲ）が上記所定の閾値（ΔＥＳＲＴＨ）を超える回数に基づいて判定してもよい。
以上、水晶振動子３０の寿命判定方法のいくつかの例を説明したが、本発明はこれに限定されず、多様な寿命判定方式を適用することができる。このようにして判定される水晶振動子３０の寿命は、一般的に、複数の蒸発源２３のそれぞれに対応して配置される複数の蒸発レートセンサー２６のそれぞれにおいて互いに異なり得る。
図７は、複数の蒸発源２３のそれぞれに対応して配置された各蒸発レートセンサー２６における水晶振動子３０の寿命切れ時期の差を説明するためのタイミング図である。
図７に示す例では、６つの蒸発源２３のそれぞれに対応して配置された６つの蒸発レートセンサー２６のうち、蒸発レートセンサー２６－１における水晶振動子３０の寿命切れ時期（つまり、蒸発レートセンサー２６－１内の複数の水晶振動子３０のうち、蒸発レートモニタリングに使われていた最初の水晶振動子３０の寿命が切れたと判定される時期）が一番先に到来し（ｔ１）、続いて、蒸発レートセンサー２６－３、２６－４、２６－６の水晶振動子３０の寿命切れ時期が到来し（ｔ２）、続いて、蒸発レートセンサー２６－２、２６－５の水晶振動子３０の寿命切れ時期が最後に到来している（ｔ３）。
このように、水晶振動子３０の寿命が切れたと判定される時期が蒸発レートセンサー２６ごとに差があるのは、蒸発レートセンサー２６自体の特性差、各蒸発レートセンサー２６がモニタリングする対象の各蒸発源２３の特性差、複数の蒸発源２３のそれぞれに収容される蒸発材料の差などの多様な原因に起因する。
このように、各蒸発レートセンサー２６における水晶振動子３０の寿命周期に差がある中で、従来は、判定される各水晶振動子３０の実際の寿命周期に合わせて蒸発レートセンサー２６ごとに独立的に水晶振動子３０を切り替える方式が使われていた。つまり、前述した例の場合、寿命切れ時期が一番先に到来するｔ１の時点で蒸発レートセンサー２６－１の当該水晶振動子３０を回転移動させて蒸発レートセンサー２６－１内の隣接した新しい水晶振動子３０に切り替え、続いて、次に寿命切れ時期が到来するｔ２の時点で蒸発レートセンサー２６－３、２６－４、２６－６に対する水晶振動子３０の切り替えを、最後に寿命切れ時期が到来するｔ３の時点で蒸発レートセンサー２６－２、２６－５に対する水晶振動子３０の切り替えを、それぞれ順次独立的に行う方式であった。
しかしながら、この方式では成膜装置２において成膜可能な期間が減り、装置全体のスループット及び運用効率が低下する問題がある。
各蒸発レートセンサー２６の水晶振動子３０の切り替えが行われる間には、成膜装置２内において基板１０に対する実質的な成膜工程は一時中断される。つまり、水晶振動子３０の切り替えが行われる間（及び切り替え完了後、新しい水晶振動子３０の動作が安定するまでの間）には、当該蒸発レートセンサー２６による蒸発レートのモニタリングが不可能であるため、当該蒸発レートセンサー２６に対応して配置された蒸発源２３に対しては蒸発源２３上部の蒸発源シャッター２５を閉じて蒸着材料が基板１０へ飛散しないようにする。また、このように複数の蒸発源２３のうちのいずれかの蒸発源２３による成膜が実質的に行われない期間には、基板１０全面に対する均一な成膜という観点から、通常、残りの蒸発源２３に対しても同様に各蒸発源２３上部の蒸発源シャッター２５を閉じたり、または基板１０の成膜面の下に配置される基板１０に対する成膜を全体的に遮蔽制御する基板シャッターを閉じたりするように制御している。
よって、前述した例の場合、この従来方式のように水晶振動子３０の実際の寿命周期に合わせて蒸発レートセンサー２６ごとに独立的に水晶振動子３０を切り替える場合には、寿命切れ時期が一番先に到来したｔ１の時点で蒸発レートセンサー２６－１に対する水晶振動子３０の切り替えが行われる。その動作が完了した後であっても、次に切り替えタイミングｔ２、ｔ３が順次到来する残りの蒸発レートセンサー２６－２～２６－６に対する水晶振動子３０の切り替え動作がすべて終了してから初めて基板１０に対する実質的な成膜が可能な状態になる。したがって、図７に示すように、成膜可能期間が著しく減ることになる。
そこで、本発明は成膜可能期間を十分に確保し、装置全体のスループット及び運用効率を向上できる、新しい水晶振動子３０の切り替えタイミング制御方式を提供する。
図８は、本発明による水晶振動子３０の切り替えタイミング制御方式を説明するためのタイミング図である。
図７と同様に、図８では、各蒸発レートセンサー２６において水晶振動子３０の寿命が切れたと判定される時期を円で表示している。図８における三角形のマークは、本発明による各蒸発レートセンサー２６の水晶振動子３０の切り替えタイミングを示す。
つまり、図７の従来方式は蒸発レートセンサー２６の水晶振動子３０の切り替えタイミングを水晶振動子３０の実際の寿命周期（円形のマークで表示）に合わせて蒸発レートセンサー２６ごとに独立的に制御するのに対して、本発明では複数の蒸発源２３のそれぞれに対応して設置された複数の蒸発レートセンサー２６の水晶振動子３０の切り替えタイミ
ング（三角形のマークで表示）を一致させるように制御する。
具体的には、水晶振動子３０の寿命切れ時期が一番先に到来した図７のｔ１の時点に合わせて、切り替え対象の当該水晶振動子３０を有する蒸発レートセンサー２６－１だけでなく、当該時点ではまだ寿命切れ時期が到来していない残りの蒸発レートセンサー２６－２～２６－６に対しても共に一括して水晶振動子３０の切り替えが行われるように制御する。
このため、本発明の蒸発レート測定装置は、各蒸発レートセンサー２６に対応して設置された蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４に連結される水晶振動子切り替え制御部２９（図２参照）を備える。水晶振動子切り替え制御部２９は、各蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４のセンサー寿命判定部２４－２の判定結果に基づいて、前述したように水晶振動子３０の寿命切れ時期が一番先に到来する時点に合わせて複数の蒸発レートセンサー２６のそれぞれの水晶振動子３０の切り替え動作が同じタイミングで行われるように、各蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット２４のセンサー駆動部２４－３を一括制御する。
これにより、本発明によると、蒸発レートセンサー２６ごとに水晶振動子３０の切り替えを異なるタイミングで個別制御する場合に比べて、複数の蒸発レートセンサー２６の水晶振動子３０の切り替え時に発生する成膜停止期間を減らすことができ、次回の切り替えタイミングが到来するまでの成膜可能期間を最大限確保することができる。
＜電子デバイスの製造方法＞
次に、前述した実施例に係る成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法の一例を説明する。以下、電子デバイスの例として有機ＥＬ表示装置の構成及び製造方法を例示する。まず、製造する有機ＥＬ表示装置について説明する。図９（ａ）は有機ＥＬ表示装置５０の全体図、図９（ｂ）は１画素の断面構造を示している。
図９（ａ）に示すように、有機ＥＬ表示装置５０の表示領域５１には、発光素子を複数備える画素５２がマトリクス状に複数配置されている。詳細は後で説明するが、発光素子のそれぞれは、一対の電極に挟まれた有機層を備えた構造を有している。なお、ここでいう画素とは、表示領域５１において所望の色の表示を可能とする最小単位を指している。本実施例にかかる有機ＥＬ表示装置５０の場合、互いに異なる発光を示す第１発光素子５２Ｒ、第２発光素子５２Ｇ、第３発光素子５２Ｂの組合せにより画素５２が構成されている。画素５２は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子の組合せで構成されることが多いが、黄色発光素子とシアン発光素子と白色発光素子の組み合わせでもよく、少なくとも１色以上であれば特に制限されるものではない。
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ｂ線における部分断面模式図である。画素５２は、基板５３上に、第１電極（陽極）５４と、正孔輸送層５５と、発光層５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂのいずれかと、電子輸送層５７と、第２電極（陰極）５８と、を備える有機ＥＬ素子を有している。これらのうち、正孔輸送層５５、発光層５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂ、電子輸送層５７が有機層に相当する。また、本実施形態では、発光層５６Ｒは赤色を発する有機ＥＬ層、発光層５６Ｇは緑色を発する有機ＥＬ層、発光層５６Ｂは青色を発する有機ＥＬ層である。発光層５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色を発する発光素子（有機ＥＬ素子と記述する場合もある）に対応するパターンに形成されている。また、第１電極５４は、発光素子ごとに分離して形成されている。正孔輸送層５５と電子輸送層５７と第２電極５８は、複数の発光素子５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂと共通で形成されていてもよいし、発光素子毎に形成されていてもよい。なお、第１電極５４と第２電極５８とが異物によってショートするのを防ぐために、第１電極５４間に絶縁層５９が設けられている
。さらに、有機ＥＬ層は水分や酸素によって劣化するため、水分や酸素から有機ＥＬ素子を保護するための保護層６０が設けられている。
有機ＥＬ層を発光素子単位に形成するためには、マスクを介して成膜する方法が用いられる。近年、表示装置の高精細化が進んでおり、有機ＥＬ層の形成には開口の幅が数十μｍのマスクが用いられる。
次に、有機ＥＬ表示装置の製造方法の例について具体的に説明する。
まず、有機ＥＬ表示装置を駆動するための回路（不図示）及び第１電極５４が形成された基板５３を準備する。
第１電極５４が形成された基板５３の上にアクリル樹脂をスピンコートで形成し、アクリル樹脂をリソグラフィ法により、第１電極５４が形成された部分に開口部が形成されるようにパターニングし絶縁層５９を形成する。この開口部が、発光素子が実際に発光する発光領域に相当する。
絶縁層５９がパターニングされた基板５３を第１の成膜装置に搬入し、基板保持ユニットにて基板５３を保持し、正孔輸送層５５を、表示領域の第１電極５４の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層５５は真空蒸着により成膜される。実際には正孔輸送層５５は表示領域５１よりも大きなサイズに形成されるため、高精細なマスクは不要である。
次に、正孔輸送層５５までが形成された基板５３を第２の成膜装置に搬入し、基板保持ユニットにて保持する。基板５３とマスクとのアライメントを行い、基板５３をマスクの上に載置し、基板５３の赤色を発する素子を配置する部分に、赤色を発する発光層５６Ｒを成膜する。
発光層５６Ｒの成膜と同様に、第３の成膜装置により緑色を発する発光層５６Ｇを成膜し、さらに第４の成膜装置により青色を発する発光層５６Ｂを成膜する。発光層５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂの成膜が完了した後、第５の成膜装置により表示領域５１の全体に電子輸送層５７を成膜する。電子輸送層５７は、３色の発光層５６Ｒ、５６Ｇ、５６Ｂに共通の層として形成される。
電子輸送層５７までが形成された基板を第６の成膜装置に移動し、第２電極５８を成膜し、その後プラズマＣＶＤ装置に移動して保護層６０を成膜して、有機ＥＬ表示装置５０が完成する。
絶縁層５９がパターニングされた基板５３を成膜装置に搬入してから保護層６０の成膜が完了するまでは、水分や酸素を含む雰囲気にさらしてしまうと、有機ＥＬ材料からなる発光層が水分や酸素によって劣化してしまうおそれがある。従って、成膜装置間の基板の搬入搬出は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気の下で行われる。
以上、本発明を実施するための形態を具体的に説明したが、前述の実施例は本発明の一つの例であり、本発明はこれらの実施例の構成に限定されず、本技術的思想の範囲内で適宜変形することができる。
２：成膜装置
２３：蒸発源
２４：蒸発レート算出及びセンサー駆動ユニット
２４－１：蒸発レート算出部
２４－２：センサー寿命判定部
２４－３：センサー駆動部
２５：蒸発源シャッター
２６：蒸発レートセンサー
２９：水晶振動子切り替え制御部
３０：水晶振動子

Claims (6)

  1. 複数の蒸発源から蒸着材料を蒸発させて基板の成膜面に蒸着する成膜装置に用いられる蒸発レート測定装置であって、
    前記複数の蒸発源のそれぞれに対応して設置される複数の蒸発レートセンサーであって、それぞれ、対応する前記蒸発源から蒸発する前記蒸着材料の蒸発レートをモニタリングするための複数の水晶振動子を含む複数の蒸発レートセンサーと、
    前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサーによる前記モニタリングの結果に基づいて前記各蒸発源からの前記蒸着材料の蒸発レートを算出する蒸発レート算出部と、
    前記各蒸発レートセンサーにおける前記複数の水晶振動子の切り替えタイミングを制御する制御部と、
    前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサー内の水晶振動子の寿命を判定する寿命判定部と、を含み、
    前記制御部は、前記複数の蒸発レートセンサーのうち、前記寿命判定部による寿命判定結果によって切り替え時期が一番先に到来する蒸発レートセンサーでの水晶振動子の切り替えタイミングに合わせて、前記複数の蒸発レートセンサーの水晶振動子を一括して切り替えるように制御することを特徴とする蒸発レート測定装置。
  2. 複数の蒸発源から蒸着材料を蒸発させて基板の成膜面に蒸着する成膜装置に用いられる蒸発レート測定装置の制御方法であって、
    前記蒸発レート測定装置は、前記複数の蒸発源のそれぞれに対応して設置される複数の蒸発レートセンサーであって、それぞれ、対応する前記蒸発源から蒸発する前記蒸着材料の蒸発レートをモニタリングするための複数の水晶振動子を含む複数の蒸発レートセンサーを有し、
    蒸発レート測定装置の制御方法は、
    前記各蒸発レートセンサーによる前記モニタリングの結果に基づいて前記各蒸発源からの前記蒸着材料の蒸発レートを算出する蒸発レート算出ステップと、
    前記各蒸発レートセンサーにおける前記複数の水晶振動子の切り替えタイミングを制御する制御ステップと、
    前記各蒸発レートセンサー内の水晶振動子の寿命を判定する寿命判定ステップと、を含み、
    前記制御ステップにおいて、前記複数の蒸発レートセンサーのうち、前記寿命判定ステップによる寿命判定結果によって切り替え時期が一番先に到来する蒸発レートセンサーでの水晶振動子の切り替えタイミングに合わせて、前記複数の蒸発レートセンサーの水晶振動子を一括して切り替えるように制御することを特徴とする蒸発レート測定装置の制御方法。
  3. 基板の成膜面に蒸着材料を蒸発させて蒸着する成膜装置であって、
    前記基板を保持する基板保持ユニットと、
    前記基板の成膜面と対向して配置される複数の蒸発源と、
    前記複数の蒸発源のそれぞれに対応して設置される複数の蒸発レートセンサーであって、それぞれ、対応する前記蒸発源から蒸発する前記蒸着材料の蒸発レートをモニタリングするための複数の水晶振動子を含む複数の蒸発レートセンサーと、
    前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサーによる前記モニタリングの結果に基づいて前記各蒸発源からの前記蒸着材料の蒸発レートを算出する蒸発レート算出部と、
    前記各蒸発レートセンサーにおける前記複数の水晶振動子の切り替えタイミングを制御する制御部と、
    前記各蒸発レートセンサーに対応して設置され、前記各蒸発レートセンサー内の水晶振動子の寿命を判定する寿命判定部と、を含み、
    前記制御部は、前記複数の蒸発レートセンサーのうち、前記寿命判定部による寿命判定結果によって切り替え時期が一番先に到来する蒸発レートセンサーでの水晶振動子の切り替えタイミングに合わせて、前記複数の蒸発レートセンサーの水晶振動子を一括して切り替えるように制御することを特徴とする成膜装置。
  4. 前記複数の蒸発源のそれぞれは、回転軸を中心とする円の円周上に配置された複数のるつぼを有し、前記回転軸を回転中心として回転可能な回転型多点蒸発源であることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
  5. 請求項３または４に記載の成膜装置を使用して、有機ＥＬ表示素子の電極層を形成する成膜方法。
  6. 請求項５の成膜方法を使用して、電子デバイスを製造する方法。
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