JP7253352B2 - 成膜装置、下地膜形成方法、および成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明は、真空蒸着方式により成膜対象物に薄膜を形成する成膜装置及びその制御方法に関する。
成膜対象物としての基板上に薄膜を形成する成膜装置として、真空チャンバ内において、成膜材料を収容した容器（坩堝）を加熱し、成膜材料を蒸発（昇華又は気化）させて容器外へ噴射させ、基板の表面に付着・堆積させる真空蒸着方式の成膜装置がある。かかる成膜装置において、所望の膜厚を得るべく、真空チャンバ内に配置したモニタユニットを用いて成膜レート（成膜速度）を取得し、容器の加熱制御にフィードバックする装置構成が知られている。モニタユニットには水晶振動子が備えられており、成膜レートは、成膜材料の付着による水晶振動子の固有振動数の変化に基づいて取得される。
このような成膜レートモニタ装置では、成膜レートの検知精度を高めるため、予め水晶振動子の表面をある程度の厚みの成膜材料で覆った状態としておく、下地処理（プレコート）を行う場合がある（特許文献１～３）。例えば、水晶振動子と成膜材料との相性によっては、付着量の少ない使用初期では成膜材料が付着し難く、ある程度付着させて材料同士が付着する状態にならないと成膜レートが安定しない場合がある。したがって、下地として水晶振動子表面に成膜材料を予め付着させておき、その後の付着量の増加による固有振動数の変化に基づいて成膜レートの検知を行うことで、より正確な検知が可能となる。
ここで、下地膜の形成は、蒸発源を加熱するヒータの出力を固定して一定時間加熱することにより行われる場合がある。しかしながら、加熱量を一定にしても成膜レートは常に一定ではなく変動し、同じ加熱時間で形成される下地膜の膜厚にはばらつきが生じることが多い。したがって、水晶振動子が複数備えられて使用する水晶振動子を順次切り替えるようなモニタユニットでは、複数の水晶振動子に対して順次に下地膜を形成することになるため、下地膜の膜厚が複数の水晶振動子ごとにばらつく可能性がある。その結果、複数の水晶振動子の間で検知特性の差が大きくなり、水晶振動子を切り換える度に検知内容がばらつくことになるとともに、使用することができる期間（寿命）も水晶振動子ごとにばらつくことになる。
本発明は、成膜レートの安定した検知を可能にする技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の成膜装置は、
チャンバ内に配置され、成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱する加熱源によって加熱された前記蒸発源容器から蒸発した前記成膜材料によって下地膜が形成された後に、前記チャンバ内に配置された成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得するために用いられる第１の水晶振動子と、
前記成膜材料による下地膜が予め形成されて前記チャンバ内に配置され、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得するために用いられる第２の水晶振動子と、
前記第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得する取得部と、
前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御する加熱制御部と、
を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の下地膜形成方法は、
チャンバ内に配置された成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得するために用いられる第１の水晶振動子に、予め前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成方法であって、
前記チャンバ内に前記第１の水晶振動子が配置された状態において、前記チャンバ内に配置された前記成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱源によって加熱し、前記蒸発源容器から蒸発した前記成膜材料によって前記第１の水晶振動子の下地膜を前記第１の水晶振動子に形成するものであり、
前記加熱源へ供給する電力を、前記成膜材料による下地膜が予め形成されて前記チャンバ内に配置された第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて取得される前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、制御することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の成膜方法は、
チャンバ内に配置された成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱源によって加熱して前記蒸発源容器から前記成膜材料を蒸発させることによって、前記チャンバ内に配置された成膜対象物に前記成膜材料による膜を形成する成膜方法であって、
本発明の下地膜形成方法により、前記第１の水晶振動子に、前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成工程と、
前記下地膜形成工程によって前記下地膜が形成された前記第１の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて取得される、前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御し、前記成膜対象物を成膜する成膜工程と、
を備えることを特徴とする。
チャンバ内に配置され、成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱する加熱源によって加熱された前記蒸発源容器から蒸発した前記成膜材料によって下地膜が形成された後に、前記チャンバ内に配置された成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得するために用いられる第１の水晶振動子と、
前記成膜材料による下地膜が予め形成されて前記チャンバ内に配置され、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得するために用いられる第２の水晶振動子と、
前記第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得する取得部と、
前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御する加熱制御部と、
を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の下地膜形成方法は、
チャンバ内に配置された成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得するために用いられる第１の水晶振動子に、予め前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成方法であって、
前記チャンバ内に前記第１の水晶振動子が配置された状態において、前記チャンバ内に配置された前記成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱源によって加熱し、前記蒸発源容器から蒸発した前記成膜材料によって前記第１の水晶振動子の下地膜を前記第１の水晶振動子に形成するものであり、
前記加熱源へ供給する電力を、前記成膜材料による下地膜が予め形成されて前記チャンバ内に配置された第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて取得される前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、制御することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の成膜方法は、
チャンバ内に配置された成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱源によって加熱して前記蒸発源容器から前記成膜材料を蒸発させることによって、前記チャンバ内に配置された成膜対象物に前記成膜材料による膜を形成する成膜方法であって、
本発明の下地膜形成方法により、前記第１の水晶振動子に、前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成工程と、
前記下地膜形成工程によって前記下地膜が形成された前記第１の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて取得される、前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御し、前記成膜対象物を成膜する成膜工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、成膜レートの安定した検知を可能にすることができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な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にすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がないかぎりは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
［実施例１］
図１～図４を参照して、本発明の実施例に係る成膜装置について説明する。本実施例に係る成膜装置は、真空蒸着により基板に薄膜を成膜する成膜装置である。
図１～図４を参照して、本発明の実施例に係る成膜装置について説明する。本実施例に係る成膜装置は、真空蒸着により基板に薄膜を成膜する成膜装置である。
本実施例に係る成膜装置は、各種半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造において基板（基板上に積層体が形成されているものも含む）上に薄膜を堆積形成するために用いられる。より具体的には、本実施例に係る成膜装置は、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。なかでも、本実施例に係る成膜装置は、有機ＥＬ（Ｅｒｅｃｔｒｏ
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。本実施例に係る成膜装置は、スパッタ装置等を含む成膜システムの一部として用いることができる。
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。本実施例に係る成膜装置は、スパッタ装置等を含む成膜システムの一部として用いることができる。
＜成膜装置の概略構成＞
図１は、本発明の実施例に係る成膜装置２の構成を示す模式図である。成膜装置２は、排気装置２４、ガス供給装置２５により、内部が真空雰囲気か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（成膜室、蒸着室）２００を有する。なお、本明細書において「真空」とは、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいう。
図１は、本発明の実施例に係る成膜装置２の構成を示す模式図である。成膜装置２は、排気装置２４、ガス供給装置２５により、内部が真空雰囲気か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（成膜室、蒸着室）２００を有する。なお、本明細書において「真空」とは、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいう。
成膜対象物である基板１００は、搬送ロボット（不図示）によって真空チャンバ２００内部に搬送されると真空チャンバ２００内に設けられた基板保持ユニット（不図示）によって保持され、マスク２２０上面に載置される。マスク２２０は、基板１００上に形成する薄膜パターンに対応する開口パターン２２１を有するメタルマスクであり、真空チャンバ２００内部において水平面に平行に設置されている。基板１００は、基板保持ユニットによってマスク２２０の上面に載置されことで、真空チャンバ２００内部において、水平面と平行に、かつ、被処理面である下面がマスク２２０で覆われる態様で設置される。
真空チャンバ２００内部におけるマスク２２０の下方には、蒸発源装置３００が設けら
れている。蒸発源装置３００は、概略、成膜材料（蒸着材料）４００を収容する蒸発源容器（坩堝）３０１（以下、容器３０１）と、容器３０１に収容された成膜材料４００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ３０２と、を備える。容器３０１内の成膜材料４００は、ヒータ３０２の加熱によって容器３０１内で蒸発し、容器３０１上部に設けられたノズル３０３を介して容器３０１外へ噴出される。容器３０１外へ噴射した成膜材料４００は、装置３００上方に設置された基板１００の表面に、マスク２２０に設けられた開口パターン２２１に対応して、蒸着する。
れている。蒸発源装置３００は、概略、成膜材料（蒸着材料）４００を収容する蒸発源容器（坩堝）３０１（以下、容器３０１）と、容器３０１に収容された成膜材料４００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ３０２と、を備える。容器３０１内の成膜材料４００は、ヒータ３０２の加熱によって容器３０１内で蒸発し、容器３０１上部に設けられたノズル３０３を介して容器３０１外へ噴出される。容器３０１外へ噴射した成膜材料４００は、装置３００上方に設置された基板１００の表面に、マスク２２０に設けられた開口パターン２２１に対応して、蒸着する。
ヒータ３０２は、通電により発熱する一本の線状（ワイヤ状）の発熱体を容器３０１の筒状部外周に複数回巻き回した構成となっている。なお、複数本の発熱体を巻き回す構成であってもよい。ヒータ３０２としては、発熱体としてタンタル、タングステン、モリブデン等の金属発熱抵抗体を用いたものでもよいし、カーボンヒータ等でもよい。
蒸発源装置３００は、その他、図示は省略しているが、ヒータ３０２による加熱効率を高めるためのリフレクタや伝熱部材、それらを含む蒸発源装置３００の各構成全体を収容する枠体、シャッタなどが備えられる場合がある。また、蒸発源装置３００は、成膜を基板１００全体に一様に行うため、固定載置された基板１００に対して相対移動可能に構成される場合がある。
蒸発源装置３００は、その他、図示は省略しているが、ヒータ３０２による加熱効率を高めるためのリフレクタや伝熱部材、それらを含む蒸発源装置３００の各構成全体を収容する枠体、シャッタなどが備えられる場合がある。また、蒸発源装置３００は、成膜を基板１００全体に一様に行うため、固定載置された基板１００に対して相対移動可能に構成される場合がある。
本実施例に係る成膜装置２は、容器３０１から噴出する成膜材料４００の蒸気量、あるいは基板１００に成膜される薄膜の膜厚を検知するための手段として、成膜レートモニタ装置１を備えている。成膜レートモニタ装置１は、容器３０１から噴出する成膜材料４００の一部を、回転体としての遮蔽部材１２により間欠的に遮蔽状態と非遮蔽状態とを繰り返して、水晶モニタヘッド１１に備えられた水晶振動子に付着させるように構成されている。成膜材料４００が堆積することによる水晶振動子の共振周波数（固有振動数）の変化量（減少量）を検知することで、所定の制御目標温度に対応した成膜レート（蒸着レート）として、単位時間当たりの成膜材料４００の付着量（堆積量）を取得することができる。この成膜レートをヒータ３０２の加熱制御における制御目標温度の設定にフィードバックすることで、成膜レートを任意に制御することが可能となる。したがって、成膜レートモニタ装置１によって成膜処理中に常時、成膜材料４００の吐出量あるいは基板１００上の膜厚をモニタすることで、精度の高い成膜が可能となる。本実施例に係る成膜装置２の制御部（演算処理装置）２０は、モニタユニット１０の動作の制御、成膜レートの測定、取得を行うモニタ制御部２１と、蒸発源装置３００の加熱制御を行う加熱制御部２２と、を有する。制御部２０は、さらに、後述する下地膜モニタユニット５０の動作の制御、成膜レートの測定、取得を行う下地膜モニタ制御部２３を有する。
＜成膜レートモニタ装置＞
図２は、本実施例に係る成膜レートモニタ装置１の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、本実施例に係る成膜レートモニタ装置１は、モニタヘッド１１や遮蔽部材（チョッパ）１２などを備えるモニタユニット１０と、モニタ制御部２１と、を備える。モニタユニット１０は、モニタヘッド１１と、遮蔽部材１２と、水晶モニタヘッド１１に組み込まれた水晶ホルダ（回転支持体）１４の回転駆動源としてのサーボモータ１６と、遮蔽部材１２の回転駆動源としてのサーボモータ１５と、を備える。モニタ制御部２１は、遮蔽部材１２の回転駆動を制御する遮蔽部材制御部（回転制御部）２１２と、水晶振動子１３の共振周波数（の変化量）の取得を行う成膜レート取得部２１３と、水晶ホルダ１４の回転駆動を制御するホルダ制御部２１４と、を有する。
図２は、本実施例に係る成膜レートモニタ装置１の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、本実施例に係る成膜レートモニタ装置１は、モニタヘッド１１や遮蔽部材（チョッパ）１２などを備えるモニタユニット１０と、モニタ制御部２１と、を備える。モニタユニット１０は、モニタヘッド１１と、遮蔽部材１２と、水晶モニタヘッド１１に組み込まれた水晶ホルダ（回転支持体）１４の回転駆動源としてのサーボモータ１６と、遮蔽部材１２の回転駆動源としてのサーボモータ１５と、を備える。モニタ制御部２１は、遮蔽部材１２の回転駆動を制御する遮蔽部材制御部（回転制御部）２１２と、水晶振動子１３の共振周波数（の変化量）の取得を行う成膜レート取得部２１３と、水晶ホルダ１４の回転駆動を制御するホルダ制御部２１４と、を有する。
図３は、モニタヘッド１１（水晶ホルダ１４）と遮蔽部材１２をそれぞれの回転軸線方向に沿って見たときの両者の配置関係を示す模式図である。図３に示すように、モニタヘッド１１の内部には、複数の水晶振動子１３（１３ａ、１３ｂ）を円周方向に等間隔で配置して支持する水晶ホルダ１４が組み込まれている。モニタヘッド１１には、水晶振動子
１３よりも僅かに大きいモニタ開口１１ａが一つ設けられており、水晶ホルダ１４は、支持する水晶振動子１３のうちの１つを、モニタ開口１１ａを介して外部（蒸発源装置３００）に暴露される位置（回転位相）で支持する。
１３よりも僅かに大きいモニタ開口１１ａが一つ設けられており、水晶ホルダ１４は、支持する水晶振動子１３のうちの１つを、モニタ開口１１ａを介して外部（蒸発源装置３００）に暴露される位置（回転位相）で支持する。
図２及び図３に示すように、水晶ホルダ１４は、その中心がサーボモータ１６のモータ軸１６ａに連結されており、サーボモータ１６によって回転駆動される。これにより、モニタ開口１１ａを介して外部に暴露される水晶振動子１３を順次切り替えることができるように構成されている。すなわち、水晶ホルダ１４に支持された複数の水晶振動子１３のうち、１つの水晶振動子１３ａがモニタ開口１１ａと位相が重なる位置にあり、他の水晶振動子１３ｂは、使用済み又は交換用の水晶振動子として、モニタヘッド１１の内部に隠れた位置にある。モニタ開口１１ａを介して外部に暴露されている水晶振動子１３が、成膜材料４００の付着量が所定量を超えて寿命に到達すると、水晶ホルダ１４が回転して、新しい水晶振動子１３を、モニタ開口１１ａと重なる暴露位置に移動させる。
ホルダ制御部２１４によるサーボモータ１６の回転制御は、検出部１８ａと被検出部１８ｂとからなる位相位置検出手段１８が検出する水晶ホルダ１４の回転位置（回転位相）に基づいて行われる。なお、位置（位相）検知手段としては、ロータリーエンコーダ等の既知の位置センサを用いてもよい。
ホルダ制御部２１４によるサーボモータ１６の回転制御は、検出部１８ａと被検出部１８ｂとからなる位相位置検出手段１８が検出する水晶ホルダ１４の回転位置（回転位相）に基づいて行われる。なお、位置（位相）検知手段としては、ロータリーエンコーダ等の既知の位置センサを用いてもよい。
図３に示すように、遮蔽部材１２は、略円盤状の部材であり、その中心がサーボモータ１５のモータ軸１５ａに連結されており、サーボモータ１５によって回転駆動される。遮蔽部材１２は、扇型の開口スリット（開口部、非遮蔽部）１２ａが、回転中心から離れた位置であって、その回転軌道が、モニタヘッド１１のモニタ開口１１ａと重なる位置に設けられている。
図２及び図３に示すように、遮蔽部材１２が回転することで、モニタ開口１１ａに対する開口スリット１２ａの相対位置（相対位相）が、モニタ開口１１ａと重なる位置（開口位置、非遮蔽位置）と、重ならない位置（非開口位置、遮蔽位置）と、に変化する。これにより、遮蔽部材１２において開口スリット１２ａを除いた領域部分が遮蔽部１２ｂとなり、これがモニタ開口１１ａと重なる（覆う）位置（位相）にあるとき、水晶振動子１３ａへの成膜材料４００の付着が妨げられる遮蔽状態（非開口状態）となる。また、開口スリット１２ａがモニタ開口１１ａと重なる位置（位相）にあるとき、水晶振動子１３ａへの成膜材料４００の付着が許容される非遮蔽状態（開口状態）となる。
遮蔽部材制御部２１２によるサーボモータ１５の回転制御は、検出部１７ａと被検出部１７ｂとからなる位相位置検出手段１７が検出する遮蔽部材１２の回転位置（回転位相）に基づいて行われる。なお、位置（位相）検知手段としては、ロータリーエンコーダ等の既知の位置センサを用いてもよい。
遮蔽部材制御部２１２によるサーボモータ１５の回転制御は、検出部１７ａと被検出部１７ｂとからなる位相位置検出手段１７が検出する遮蔽部材１２の回転位置（回転位相）に基づいて行われる。なお、位置（位相）検知手段としては、ロータリーエンコーダ等の既知の位置センサを用いてもよい。
開口スリット１２ａは、本実施例では、閉じた孔となっているが、遮蔽部材１２の周端で開放された切り欠き状になっていてもよい。また、設ける個数も２個以上でもよいし、スリット形状も、本実施例で示した扇型に限定されず種々の形状を採用し得るものであり。開口スリット１２ａを複数設ける場合には、個々に異なる形状としてもよい。
水晶振動子１３ａは、電極、同軸ケーブル等を介して外部共振器１９に接続されている。水晶振動子１３ａ表面に堆積した成膜材料４００の薄膜と、裏面の電極との間に電圧を印加することで生成される発信信号が、水晶振動子１３の共振周波数（の変化量）として、共振器１９から成膜レート取得部２１３に伝達され、取得される。
図示を省略するが、モニタユニット１０には、熱源となるモータ１５、１６の熱を冷却するための冷却水を流すための流路が備えられている。
なお、ここで示した成膜レートモニタ装置の構成はあくまで一例であり、これに限定さ
れるものではなく、既知の種々の構成を適宜採用してよい。
なお、ここで示した成膜レートモニタ装置の構成はあくまで一例であり、これに限定さ
れるものではなく、既知の種々の構成を適宜採用してよい。
＜ヒータの電力供給制御＞
ヒータ３０２の発熱量は、ヒータ３０２に供給される電力量（電流値）が電源回路を含む加熱制御部２２により制御されることで制御される。電力供給量は、例えば、不図示の温度検出手段により検出される温度が、所望の成膜レートを得るのに適した所定の制御目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御にて調整される。所定の成膜レートを維持できるヒータ３０２の発熱量（ヒータ３０２への供給電力）を、所定の時間維持することで、基板１００の被成膜面に所望の膜厚の薄膜を成膜することができる（膜厚＝成膜レート［Å／Ｓ］×時間［ｔ］）。
ヒータ３０２の発熱量は、ヒータ３０２に供給される電力量（電流値）が電源回路を含む加熱制御部２２により制御されることで制御される。電力供給量は、例えば、不図示の温度検出手段により検出される温度が、所望の成膜レートを得るのに適した所定の制御目標温度に維持されるようにＰＩＤ制御にて調整される。所定の成膜レートを維持できるヒータ３０２の発熱量（ヒータ３０２への供給電力）を、所定の時間維持することで、基板１００の被成膜面に所望の膜厚の薄膜を成膜することができる（膜厚＝成膜レート［Å／Ｓ］×時間［ｔ］）。
本実施例に係る成膜装置２は、ヒータ３０２の加熱制御における供給電力の制御方法として、レート制御と平均パワー制御とを切り替えて実行可能に構成されている。なお、電力制御方法はこれらに限定されるものではない。
レート制御では、成膜レートモニタ装置１により取得される成膜レートのモニタ値（実測値）が所望の目標レート（理論値）と一致するように制御目標温度が適時変更され、設定される制御目標温度に応じてヒータ３０２への供給電力量が制御される。
本実施例では、成膜レートモニタ装置１により取得される成膜レートのモニタ値（実測値）に依らずにヒータ３０２への供給電力量を決定する電力制御として、平均パワー制御を用いている。平均パワー制御では、供給電力の過去数サンプリングの移動平均を目標電力量として、かかる目標電力量を維持するようにヒータ３０２への電力供給を制御する制御方法である。なお、予め設定された電力量（目標電力量）を維持するようにヒータ３０２に電力供給するパワー制御を用いてもよい。これらの電力制御では、成膜レートを、成膜材料の種類や基板と蒸発源との相対速度等の成膜条件に基づいて設定される理論値を用いて膜厚を制御する。
レート制御では、成膜レートモニタ装置１により取得される成膜レートのモニタ値（実測値）が所望の目標レート（理論値）と一致するように制御目標温度が適時変更され、設定される制御目標温度に応じてヒータ３０２への供給電力量が制御される。
本実施例では、成膜レートモニタ装置１により取得される成膜レートのモニタ値（実測値）に依らずにヒータ３０２への供給電力量を決定する電力制御として、平均パワー制御を用いている。平均パワー制御では、供給電力の過去数サンプリングの移動平均を目標電力量として、かかる目標電力量を維持するようにヒータ３０２への電力供給を制御する制御方法である。なお、予め設定された電力量（目標電力量）を維持するようにヒータ３０２に電力供給するパワー制御を用いてもよい。これらの電力制御では、成膜レートを、成膜材料の種類や基板と蒸発源との相対速度等の成膜条件に基づいて設定される理論値を用いて膜厚を制御する。
＜本実施例の特徴＞
＜下地成膜レートモニタ装置＞
本実施例に係る成膜装置２は、次に述べる下地成膜レートモニタ装置を備えることを特徴としている。下地成膜レートモニタ装置は、上述した成膜処理工程に先立って行われる、成膜レートモニタ装置１の水晶振動子１３ａ、１３ｂに予め成膜材料４００による下地膜を形成する下地膜形成処理において、下地膜の成膜レートをモニタするために用いられる。
＜下地成膜レートモニタ装置＞
本実施例に係る成膜装置２は、次に述べる下地成膜レートモニタ装置を備えることを特徴としている。下地成膜レートモニタ装置は、上述した成膜処理工程に先立って行われる、成膜レートモニタ装置１の水晶振動子１３ａ、１３ｂに予め成膜材料４００による下地膜を形成する下地膜形成処理において、下地膜の成膜レートをモニタするために用いられる。
図１に示すように、下地成膜レートモニタ装置は、下地膜モニタユニット５０と、下地膜モニタ制御部２３と、を備える。下地膜モニタユニット５０は、水晶振動子１３ｃと、シャッタ５１と、を備え、真空チャンバ２００内において水晶振動子１３ｃが蒸発源装置３００と対向するように配置される。また、下地膜モニタ制御部２３は、シャッタ５１の開閉を制御するシャッタ制御部２３１と、水晶振動子１３ｃの共振周波数（の変化量）の取得を行う下地成膜レート取得部２３３と、を備える。
第２の水晶振動子としての水晶振動子１３ｃは、下地膜形成における下地膜レートの取得に用いられるもので、第１の水晶振動子としての水晶振動子１３ａ、１３ｂと同様、電極、同軸ケーブル等を介して不図示の外部共振器に接続されている。水晶振動子１３ｃ表面に堆積した成膜材料４００の薄膜と、裏面の電極との間に電圧を印加することで生成される発信信号が、水晶振動子１３ｃの共振周波数（の変化量）として、共振器から下地成膜レート取得部２３３に伝達され、取得される。なお、水晶振動子１３ｃの表面には予め成膜材料４００による下地膜が形成されている。その形成方法は特に限定されない。
シャッタ５１は、水晶振動子１３ｃと蒸発源装置３００との間に位置する閉位置（図１
の実線位置）と、水晶振動子１３ｃが蒸発源装置３００に対して暴露（露出）される開位置（図１の破線位置）と、に移動可能に構成されている。下地膜形成処理を行う場合には、水晶振動子１３ｃに対する成膜材料４００の付着を許容すべく、シャッタ制御部２３１はシャッタ５１を開位置に移動させる。上述した基板１００に対する成膜処理を行う場合（あるいは下地膜生処理を行わない場合）には、水晶振動子１３ｃに対する成膜材料４００の付着を遮るべく、シャッタ制御部２３１はシャッタ５１を閉位置に移動させる。
の実線位置）と、水晶振動子１３ｃが蒸発源装置３００に対して暴露（露出）される開位置（図１の破線位置）と、に移動可能に構成されている。下地膜形成処理を行う場合には、水晶振動子１３ｃに対する成膜材料４００の付着を許容すべく、シャッタ制御部２３１はシャッタ５１を開位置に移動させる。上述した基板１００に対する成膜処理を行う場合（あるいは下地膜生処理を行わない場合）には、水晶振動子１３ｃに対する成膜材料４００の付着を遮るべく、シャッタ制御部２３１はシャッタ５１を閉位置に移動させる。
＜下地膜形成処理＞
図４に示すように、下地膜形成処理（下地膜形成工程）は、成膜処理（成膜工程）の実施に先立って実施される処置である。本実施例では、下地膜形成時に成膜材料４００が基板１００に付着することを防ぐべく、下地膜形成処理を、基板１００を真空チャンバ２００内に搬入する前に実施する構成としている。
図４に示すように、下地膜形成処理（下地膜形成工程）は、成膜処理（成膜工程）の実施に先立って実施される処置である。本実施例では、下地膜形成時に成膜材料４００が基板１００に付着することを防ぐべく、下地膜形成処理を、基板１００を真空チャンバ２００内に搬入する前に実施する構成としている。
図５は、本実施例における下地膜形成処理のフローチャートである。本実施例では、モニタユニット１０に備えられた複数の水晶振動子１３に対して順次に成膜材料４００による下地膜を形成する処理を行う。以下で説明する下地膜形成処理における制御主体は、上述した制御部２０であり、下地膜モニタユニット５０、真空チャンバ２００、蒸発源装置３００等を含めて、本発明の下地膜形成装置を構成する。
下地膜形成処理では、基板１００が搬入されていない真空チャンバ２００の内部を、排気装置２４、ガス供給装置２５により、成膜処理と同様の所定の雰囲気状態とし、シャッタ５１を開位置へ移動させ、ヒータ３０２の加熱が開始される。下地膜形成処理におけるヒータ３０２の加熱制御は、下地膜モニタユニット５０を用いて下地成膜レート取得部２３３により取得される下地膜の成膜レート（第２の成膜レート）を基に、上述したレート制御により行われる（Ｓ１０１）。下地膜形成処理におけるレート制御の詳細は、上述した成膜処理におけるレート制御と同様であり、説明を省略する。この加熱制御により、モニタユニット１０に備えられた複数の水晶振動子１３のうちモニタ開口１１ａを介して外部に暴露されている水晶振動子１３に蒸発した成膜材料４００を付着・堆積させ、成膜材料４００による下地膜を形成する。水晶振動子１３に所望の膜厚の下地膜を形成することができたら（Ｓ１０２；ＹＥＳ、Ｓ１０３；ＮＯ）、モニタ開口１１ａを介して外部に暴露される水晶振動子１３の切り替えを行う（Ｓ１０４）。以下同様にヒータ３０２の加熱制御を行い、モニタユニット１０に備えられた全ての水晶振動子１３に下地膜を形成する。全ての水晶振動子１３の下地膜形成が完了したら（Ｓ１０３；ＹＥＳ）、下地膜生成処理が終了する。
図４に示すように、下地膜形成処理が終了すると、基板１００が真空チャンバ２００内に搬入され、上述した成膜処理が開始される。成膜処理では、上述した下地膜形成処理により下地膜が形成された水晶振動子１３により取得される成膜レート（第１の成膜レート）に基づいて、ヒータ３０２の加熱が制御されることになる。
＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、成膜処理の制御に用いられる水晶振動子１３の下地膜形成において、成膜レート（成膜速度）をモニタしながらヒータ３０２の加熱を制御することができる。したがって、成膜処理の制御に用いられる複数の水晶振動子１３にそれぞれ形成される下地膜を所望の膜厚で形成することができる。これにより、複数の水晶振動子１３のそれぞれの下地膜の膜厚の均一化が可能となり、複数の水晶振動子１３の間での検知特性のばらつきを小さくすることができるとともに、使用が可能な期間（寿命）の均一化を図ることができる。したがって、成膜処理における成膜レートの安定した検知が可能となる。
本実施例によれば、成膜処理の制御に用いられる水晶振動子１３の下地膜形成において、成膜レート（成膜速度）をモニタしながらヒータ３０２の加熱を制御することができる。したがって、成膜処理の制御に用いられる複数の水晶振動子１３にそれぞれ形成される下地膜を所望の膜厚で形成することができる。これにより、複数の水晶振動子１３のそれぞれの下地膜の膜厚の均一化が可能となり、複数の水晶振動子１３の間での検知特性のばらつきを小さくすることができるとともに、使用が可能な期間（寿命）の均一化を図ることができる。したがって、成膜処理における成膜レートの安定した検知が可能となる。
＜その他＞
本実施例では、下地膜形成処理を基板１００のチャンバ内の搬入前に実施する構成としていたが、基板１００搬入後に実施する構成としてもよい。その場合は、何らかの遮蔽部材（不図示）を基板１００と蒸発源装置３００との間に配置するなどして、下地膜形成処置中に成膜材料４００が基板１００に付着するのを防ぐ手段を講じるとよい。この構成によれば、チャンバ２００内の調圧工程の回数を減らすことができ、製造タクトの短縮を図ることができる。
本実施例では、下地膜形成処理を基板１００のチャンバ内の搬入前に実施する構成としていたが、基板１００搬入後に実施する構成としてもよい。その場合は、何らかの遮蔽部材（不図示）を基板１００と蒸発源装置３００との間に配置するなどして、下地膜形成処置中に成膜材料４００が基板１００に付着するのを防ぐ手段を講じるとよい。この構成によれば、チャンバ２００内の調圧工程の回数を減らすことができ、製造タクトの短縮を図ることができる。
本実施例では、下地膜の成膜に、基板１００の成膜材料４００を用いていたが、これと異なる成膜材料を用いてもよい。水晶振動子１３との密着性や成膜材料４００との相性などの観点から、種々の成膜材料を用いることができる。
また、本実施例では、下地膜生成処理を行っていないときの水晶振動子１３ｃへの成膜材料の付着を防ぐ手段として、シャッタ５１を用いていたが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、シャッタ５１を設ける代わりに、下地膜モニタユニット５０を真空チャンバ２００内から退室させることができる機構などを設けて、下地膜生成処理を行っていないときは、下地膜モニタユニット５０を真空チャンバ２００の外に配置しておくようにしてもよい。
また、本実施例では、下地膜生成処理を行っていないときの水晶振動子１３ｃへの成膜材料の付着を防ぐ手段として、シャッタ５１を用いていたが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、シャッタ５１を設ける代わりに、下地膜モニタユニット５０を真空チャンバ２００内から退室させることができる機構などを設けて、下地膜生成処理を行っていないときは、下地膜モニタユニット５０を真空チャンバ２００の外に配置しておくようにしてもよい。
１…成膜レートモニタ装置、１０…モニタユニット、１１…水晶モニタヘッド、１１ａ…モニタ開口、１２…遮蔽部材（チョッパ）、１２ａ…開口スリット（開口部、非遮蔽部）、１２ｂ…遮蔽部、１３（１３ａ、１３ｂ）…水晶振動子（第１の水晶振動子）、１４…水晶ホルダ（回転支持体）、１５…サーボモータ（駆動源）、１５ａ…モータ軸、１６…サーボモータ（駆動源）、１６ａ…モータ軸１６ａ、１７（１７ａ、１７ｂ）…位置（回転位相）検出手段、１８（１８ａ、１８ｂ）…位置（回転位相）検出手段、１９…共振器、２…成膜装置、１００…基板、２０…制御部（取得部、加熱制御部）、２００…真空チャンバ（成膜室）、３００…蒸発源装置、３０１…蒸発源容器（坩堝）、３０２…ヒータ（加熱源）、３０３…ノズル、５０…下地膜モニタユニット、５１…シャッタ、１３ｃ…水晶振動子（第２の水晶振動子）、２３…下地膜モニタ制御部、２３１…シャッタ制御部、２３３…下地成膜レート取得部
Claims (9)
- チャンバ内に配置され、成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱する加熱源によって加熱された前記蒸発源容器から蒸発した前記成膜材料によって下地膜が形成された後に、前記チャンバ内に配置された成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得するために用いられる第１の水晶振動子と、
前記成膜材料による下地膜が予め形成されて前記チャンバ内に配置され、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得するために用いられる第２の水晶振動子と、
前記第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得する取得部と、
前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御する加熱制御部と、
を備えることを特徴とする成膜装置。 - 前記第１の水晶振動子は、前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートをモニタするためのモニタユニットに複数備えられており、
前記モニタユニットは、複数の前記第１の水晶振動子に対して順次に前記第１の水晶振動子の下地膜を形成せしめるべく、前記蒸発源容器に対する複数の前記第１の水晶振動子の露出状態を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 - 前記取得部は、前記第１の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得し、前記第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートを取得し、
前記加熱制御部は、前記成膜対象物に前記成膜材料による膜を成膜する成膜工程において、前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御し、
前記加熱制御部は、前記成膜工程の前に前記第１の水晶振動子に前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成工程において、前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。 - 複数の前記第１の水晶振動子を支持し、前記成膜工程において複数の前記第１の水晶振動子のうちの１つを用いて前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートをモニタするモニタユニットであって、前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートのモニタに用いる前記第１の水晶振動子を切り換えるべく、前記蒸発源容器に対する複数の前記第１の水晶振動子の露出状態を変化させるように構成されたモニタユニットをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
- 前記モニタユニットは、前記下地膜形成工程において、複数の前記第１の水晶振動子に対して順次に前記第１の水晶振動子の下地膜を形成せしめるべく、前記蒸発源容器に対する複数の前記第１の水晶振動子の露出状態を変化させることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
- チャンバ内に配置された成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートを取得するために用いられる第１の水晶振動子に、予め前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成方法であって、
前記チャンバ内に前記第１の水晶振動子が配置された状態において、前記チャンバ内に配置された前記成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱源によって加熱し、前記蒸発源容器から蒸発した前記成膜材料によって前記第１の水晶振動子の下地膜を前記第１の水晶振動子に形成するものであり、
前記加熱源へ供給する電力を、前記成膜材料による下地膜が予め形成されて前記チャンバ内に配置された第２の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて取得される前記第１の水晶振動子の下地膜の成膜レートに基づいて、制御することを特徴とする下地膜形成方法。 - チャンバ内に配置された成膜材料を収容する蒸発源容器を加熱源によって加熱して前記蒸発源容器から前記成膜材料を蒸発させることによって、前記チャンバ内に配置された成膜対象物に前記成膜材料による膜を形成する成膜方法であって、
請求項６に記載の下地膜形成方法により、前記第１の水晶振動子に、前記成膜材料による前記第１の水晶振動子の下地膜を形成する下地膜形成工程と、
前記下地膜形成工程によって前記下地膜が形成された前記第１の水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて取得される、前記成膜対象物に対する成膜材料の成膜レートに基づいて、前記加熱源へ供給する電力を制御し、前記成膜対象物を成膜する成膜工程と、
を備えることを特徴とする成膜方法。 - 前記成膜工程において、複数の前記第１の水晶振動子のうちの１つを用いて、前記成膜対象物に対する前記成膜材料の成膜レートを取得し、
前記下地膜形成工程において、複数の前記第１の水晶振動子に対して順次に前記第１の水晶振動子の下地膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。 - 前記下地膜形成工程は、前記成膜対象物が前記チャンバ内に収容される前に行われることを特徴とする請求項７または８に記載の成膜方法。
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