JP7301896B2 - 成膜装置、成膜装置の制御方法、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置、成膜装置の制御方法、および電子デバイスの製造方法に関する。

有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイなどのパネルディスプレイを備える表示装置が広く用いられている。中でも有機ＥＬディスプレイを備える有機ＥＬ表示装置は、応答速度、視野角、薄型化などの特性が優れており、モニタ、テレビ、スマートフォン、自動車用ディスプレイ等に好適である。

有機ＥＬディスプレイを構成する有機ＥＬ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である発光層を有する機能層が形成された基本構造を持つ。有機ＥＬ素子の機能層や電極層は、それぞれの層を構成する材料を、マスクを介して基板に成膜することにより形成される。したがって、有機ＥＬ素子が所望の性能を発揮するためには、それぞれの層の膜厚を精度良く制御する必要がある。

特許文献１には、成膜室と検査室を有するクラスタ型ユニットを用いた有機ＥＬ製造装置において、成膜室で成膜された基板を検査室に搬送して、光学的な膜厚測定装置によって膜厚を測定する構成が開示されている。

特許文献２には、有機ＥＬ製造装置において、成膜が行われる真空チャンバ内に水晶振動子を有する膜厚モニタを配置し、蒸着中の成膜レートを測定し、測定結果に応じて蒸発源の温度を制御することで蒸着材料の蒸発レートを制御する構成が開示されている。

特開２００５－３２２６１２号公報 特開２０１９－０６５３９１号公報

しかしながら、有機ＥＬ表示装置等のディスプレイの性能に対する要求が高まるにつれて、基板への成膜プロセスにおいてさらに精度良く膜厚を測定し、成膜を制御する方法が求められている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板への成膜プロセスにおける膜厚の測定および制御の精度を向上させることを目的としている。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
基板に蒸着材料を蒸着して成膜を行う成膜装置であって、
前記基板に対して相対移動しながら前記蒸着材料を放出する蒸発源と、
前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出量を制御する第１の制御手段と、
前記基板と前記蒸発源の相対速度を制御する第２の制御手段と、
成膜中に、前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出量を測定するモニタ手段と、
成膜後に、前記基板に蒸着された膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
前記モニタ手段により測定された前記放出量および前記膜厚測定手段により測定された前記膜厚に基づいて、前記第１の制御手段および前記第２の制御手段を制御する制御部と、
を備え、
前記第１の制御手段が目標値に向けた前記放出量の制御を開始した後、前記放出量の目標値に対する差に応じて、前記第２の制御手段が前記相対速度を制御する
ことを特徴とする成膜装置である。

本発明によれば、基板への成膜プロセスにおける膜厚の測定および制御の精度を向上させることができる。

電子デバイスの製造装置の模式図 成膜装置の構成を示す断面図 蒸発源ユニットの構成を示す図 パス室と膜厚測定部の構成を示す断面図 膜厚測定部の構成を示すブロック図 基板の被成膜面側の構成を示す平面図 膜厚制御システムの構成を示すブロック図 成膜中の制御について説明するためのチャート図 成膜中の制御について説明するためのグラフ 実施例２の電子デバイスの製造装置の平面図 電子デバイスの製造方法を説明する図

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。ただし、以下の記載は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲は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、特に記載がない限りは、本発明の範囲をこれに限定しようとする趣旨ではない。

本発明は、基板に成膜を行う成膜装置または成膜方法として捉えられる。本発明はまた、かかる成膜装置または成膜方法を用いた電子デバイスの製造装置または電子デバイスの製造方法としても捉えられる。本発明はまた、上記の各装置の制御方法としても捉えられる。

本発明は、基板の表面にマスクを介して所望のパターンの薄膜材料層を形成する場合に好ましく適用できる。基板の材料としては、ガラス、樹脂、金属、シリコンなど任意のものを利用できる。成膜材料としては、有機材料、無機材料（金属、金属酸化物）など任意のものを利用できる。本発明の技術は、典型的には、電子デバイスや光学部材の製造装置に適用される。特に、有機ＥＬディスプレイやそれを用いた有機ＥＬ表示装置、薄膜太陽電池、有機ＣＭＯＳイメージセンサなどの有機電子デバイスに好適である。ただし本発明の適用対象はこれに限られない。

［実施例１］
実施例１では、本発明の基本的な実施形態として装置の全体構成および膜厚測定および制御の基本原理について説明する。

＜電子デバイス製造装置＞
図１は、電子デバイス製造装置の一部の構成を模式的に示す平面図である。図１の電子デバイス製造装置は、例えば、スマートフォン用の有機ＥＬ表示装置に用いる有機ＥＬパネルの製造に用いられる。

電子デバイス製造装置は、複数のクラスタ型ユニット（以下単に「ユニット」とも称す
）ＣＵ１～ＣＵ３が連結室を介して連結されており、製造ラインを構成する。各クラスタ型ユニットは、基板搬送ロボットの周囲に複数の成膜室が配置された構成である。なお、ユニットの数は３つに限られない。また、各クラスタに属するチャンバの数は、以下に記載のものに限られない。また、クラスト毎にチャンバの種類や数が異なっていてもよい。以後、全てのユニットに共通する説明及びユニットを特定しない説明では、「ＣＵｘ」のように数字の代わりに「ｘ」で表記した参照符号を用い、個別のユニットについての説明では、「ＣＵ１」のように数字を表記した参照符号を用いる（ユニット以外の構成に付した参照符号についても同様である）。

図１は、電子デバイス製造装置全体の中の成膜装置の部分の一部を示している。成膜装置の上流には、例えば、基板のストッカ、加熱装置、洗浄等の前処理装置などが設けられてもよく、成膜装置の下流には、例えば、封止装置、加工装置、処理済み基板のストッカなどが設けられてもよく、それら全体を合わせて電子デバイス製造装置が構成されている。基板は、上流側から下流側に、矢印Ｆの方向に沿って流れる。

クラスタ型ユニットＣＵｘは、中央の搬送室ＴＲｘと、搬送室ＴＲｘの周囲に配置された複数の成膜室ＥＶｘ１～ＥＶｘ４及びマスク室ＭＳｘ１～ＭＳｘ２を有する。隣接する２つのユニットＣＵｘとＣＵｘ＋１の間は連結室ＣＮｘで接続されている。クラスタ型ユニットＣＵｘ内の各室ＴＲｘ、ＥＶｘ１～ＥＶｘ４、ＭＳｘ１～ＭＳｘ２、及び、連結室ＣＮｘは空間的につながっており、その内部は真空又は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持されている。本実施形態においては、ユニットＣＵｘ及び連結室ＣＮｘを構成する各室は不図示の真空ポンプに接続されており、それぞれ独立に真空排気が可能となっている。それぞれの室は「真空チャンバ」又は単に「チャンバ」とも呼ばれる。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状態をいう。

搬送室ＴＲｘには、基板Ｓ及びマスクＭを搬送する搬送手段としての搬送ロボットＲＲｘが設けられている。搬送ロボットＲＲｘは、例えば、多関節アームに、基板Ｓ及びマスクＭ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多関節ロボットである。クラスタ型ユニットＣＵｘ内において、基板Ｓはその被成膜面が重力方向下方を向いた水平状態を保ったまま、搬送ロボットＲＲｘや後述する搬送ロボットＲＣｘ等の搬送手段によって搬送される。搬送ロボットＲＲｘや搬送ロボットＲＣｘの有するロボットハンドは、基板Ｓの被処理面の周縁領域を保持する。搬送ロボットＲＲｘは、上流側のパス室ＰＳｘ－１、成膜室ＥＶｘ１～ＥＶｘ４、下流側のバッファ室ＢＣｘの間の基板Ｓの搬送を行う。

また、搬送ロボットＲＲｘは、マスク室ＭＳｘ１と成膜室ＥＶｘ１、ＥＶｘ２の間のマスクＭの搬送、及び、マスク室ＭＳｘ２と成膜室ＥＶｘ３、ＥＶｘ４の間のマスクＭの搬送を行う。搬送ロボットＲＲｘや搬送ロボットＲＣｘの有するロボットハンドは、所定のプログラムに従って所定の動きを行うように構成されている。各ロボットハンドの動きは、複数の基板に対し、順次に、あるいは同時並行的に成膜を行う際に、複数の基板が効率的に搬送されるように設定される。

マスク室ＭＳｘ１～ＭＳｘ２は、成膜に用いられるマスクＭと使用済みのマスクＭがそれぞれ収容されるマスクストッカが設けられた室である。マスク室ＭＳｘ１には、成膜室ＥＶｘ１、ＥＶｘ３で用いられるマスクＭがストックされ、マスク室ＭＳｘ２には、成膜室ＥＶｘ２、ＥＶｘ４で用いられるマスクＭがストックされている。蒸着成膜の場合、マスクＭとしては、多数の開口が形成されたメタルマスクが好ましく利用される。

成膜室ＥＶｘ１～ＥＶｘ４は、基板Ｓの表面（被成膜面）に膜を形成するための室である。ここで、成膜室ＥＶｘ１とＥＶｘ３は同じ機能をもつ室（同じ成膜処理を実施可能な
室）であり、同様に成膜室ＥＶｘ２とＥＶｘ４も同じ機能をもつ室である。この構成により、成膜室ＥＶｘ１→ＥＶｘ２という第１ルートでの成膜処理と、成膜室ＥＶｘ３→ＥＶｘ４という第２ルートでの成膜処理を並列に実施できる。

連結室ＣＮｘは、ユニットＣＵｘとユニットＣＵｘ＋１とを接続し、ユニットＣＵｘで成膜された基板Ｓを後段のユニットＣＵｘ＋１に受け渡す機能を有している。本実施形態の連結室ＣＮｘは、上流側から順に、バッファ室ＢＣｘ、旋回室ＴＣｘ、及びパス室ＰＳｘから構成される。このような連結室ＣＮｘの構成は、成膜装置の生産性を高めることや、ユーザビリティを高める観点で好ましい構成である。ただし、連結室ＣＮｘの構成はこれに限られず、バッファ室ＢＣｘ又はパス室ＰＳｘのみで構成されていてもよい。

バッファ室ＢＣｘは、ユニットＣＵｘ内の搬送ロボットＲＲｘと、連結室ＣＮｘ内の搬送ロボットＲＣｘとの間で、基板Ｓの受け渡しを行うための室である。バッファ室ＢＣｘは、ユニットＣＵｘと後段のユニットＣＵｘ＋１の間に処理速度の差がある場合、又は、下流側のトラブルの影響で基板Ｓを通常どおり流すことができない場合などに、複数の基板Ｓを一時的に収容することで、基板Ｓの搬入速度や搬入タイミングを調整する機能をもつ。このような機能をもつバッファ室ＢＣｘを連結室ＣＮｘ内に設けることで、高い生産性を実現するとともに、さまざまな層構成の積層成膜に対応可能な高い柔軟性を実現することができる。例えば、バッファ室ＢＣｘ内には、複数枚の基板Ｓを基板Ｓの被処理面が重力方向下方を向く水平状態を保ったまま収納可能な多段構造の基板収納棚（カセットとも呼ばれる）と、基板Ｓを搬入又は搬出する段を搬送位置に合わせるために基板収納棚を昇降させる昇降機構とが設けられる。

旋回室ＴＣｘは、基板Ｓの向きを１８０度回転させるための室である。旋回室ＴＣｘ内には、バッファ室ＢＣｘからパス室ＰＳｘへと基板Ｓを受け渡す搬送ロボットＲＣｘが設けられている。基板Ｓの上流側の端部を「後端」、下流側の端部を「前端」と呼ぶ場合に、搬送ロボットＲＣｘは、バッファ室ＢＣｘで受け取った基板Ｓを支持した状態で１８０度旋回しパス室ＰＳｘに引き渡すことで、バッファ室ＢＣｘ内とパス室ＰＳｘ内とで基板Ｓの前端と後端が入れ替わるようにする。これにより、成膜室に基板Ｓを搬入する際の向きが、上流側のユニットＣＵｘと下流側のユニットＣＵｘ＋１とで同じ向きになるため、基板Ｓに対する成膜のスキャン方向やマスクＭの向きを各ユニットＣＵｘにおいて一致させることができる。このような構成とすることで、各ユニットＣＵｘにおいてマスク室ＭＳｘ１～ＭＳｘ２にマスクＭを設置する向きを揃えることができ、マスクＭの管理が簡易化される。

パス室ＰＳｘは、連結室ＣＮｘ内の搬送ロボットＲＣｘと、下流側のユニットＣＵｘ＋１内の搬送ロボットＲＲｘ＋１との間で、基板Ｓの受け渡しを行うための室である。本実施例では、パス室ＰＳｘ内に膜厚測定部が配置されており、基板Ｓに成膜された膜の膜厚の測定が行われる。なお、パス室ＰＳｘにアライメント機構を設けることで、成膜室内でのアライメント時間を短縮してもよい。例えば、同じクラスタ型ユニットに第１の成膜室と第２の成膜室が含まれるとすると、その下流のバッファ室やパス室には、第１の成膜室と第２の成膜室において成膜された後の基板が共通に搬入される。

成膜室ＥＶｘ１～ＥＶｘ４、マスク室ＭＳｘ１～ＭＳｘ２、搬送室ＴＲｘ、バッファ室ＢＣｘ、旋回室ＴＣｘ、パス室ＰＳｘの間には、開閉可能な扉（例えば、ドアバルブ又はゲートバルブ）が設けられていてもよいし、常に開放された構造であってもよい。

＜真空蒸着装置＞
図２は、成膜室ＥＶｘ１～ＥＶｘ４に設けられる真空蒸着装置２００の構成を模式的に示している。真空蒸着装置２００は、マスクＭを保持するマスクホルダ２０１、基板Ｓを
保持する基板ホルダ２０２、蒸発源ユニット２０３、移動機構２０４、成膜レートモニタ２０５、成膜制御部２０６を有する。マスクホルダ２０１、基板ホルダ２０２、蒸発源ユニット２０３、移動機構２０４、及び成膜レートモニタ２０５は、真空チャンバ２０７内に設けられる。真空蒸着装置２００は、マスクホルダ２０１および基板ホルダ２０２の少なくとも一方を移動させ、マスクホルダ２０１に保持されたマスクＭと基板ホルダ２０２に保持された基板Ｓの位置合わせ（アライメント）を行う不図示の位置調整機構（アライメント機構）をさらに有する。本実施例の位置調整機構は、基板Ｓの被成膜面と略平行な面内で基板ホルダ２０２をＸＹ移動およびθ回転させることで、基板ＳのマスクＭに対する相対位置を調整する。

基板Ｓは、水平状態に保持されているマスクＭの上面に、被成膜面を下にして載置される。マスクＭの下方には、蒸発源ユニット２０３が設けられている。蒸発源ユニット２０３は、概略、成膜材料を収容する容器（坩堝）、容器内の成膜材料を加熱するヒータなどを備える。また、必要に応じて、蒸発源ユニット２０３に、加熱効率を高めるためのリフレクタや伝熱部材、シャッタなどを設けてもよい。移動機構２０４は、蒸発源ユニット２０３を基板Ｓの被処理面と平行に移動（スキャン）させる手段である。本実施形態では１軸の移動機構２０４を用いるが、２軸以上の移動機構を用いてもよい。

なお、本実施形態では基板ＳをマスクＭの上面に載置するものとしたが、基板ＳとマスクＭとが十分に密着する構成であれば、基板ＳをマスクＭの上面に載置しなくてもよい。例えば基板ＳをマスクＭの下面に密着させ、上方から蒸着材料を飛翔させる構成や、密着させた基板ＳとマスクＭを縦向きに配置する構成でもよい。また、不図示の磁石ユニットを基板Ｓの被処理面とは反対側の面に接近させて、マスクＭのマスク箔を磁力によって吸引し、基板ＳへのマスクＭの密着性を高めてもよい。また、基板Ｓを冷却する冷却ユニットを設けてもよく、磁石ユニットがその冷却ユニットを兼ねていてもよい。また、蒸発源ユニット２０３は、複数の蒸発源ユニット又は容器を並べて配置し、それらを一体として移動する構成とすることもできる。このような構成によれば、蒸発源ユニット又は容器ごとに異なる材料を収容して蒸発させるようにすることができ、混合膜や積層膜を形成することができる。

成膜レートモニタ２０５（モニタ手段）は基板Ｓに成膜される薄膜の成膜速度をモニタするモニタ手段である。本実施例の成膜レートモニタ２０５は、水晶発振式成膜レートモニタであり、蒸発源ユニット２０３と共に移動する水晶振動子を有しており、成膜材料が水晶振動子の表面に堆積すること（質量が付与されこと）による共振周波数（固有振動数）の変化量に基づいて、単位時間あたりの成膜材料の付着量である成膜レート（蒸着レート）［オングストローム／ｓ］を推定する。

成膜制御部２０６は、基板Ｓに成膜される薄膜の膜厚が目標値になるよう制御する制御手段である。成膜制御部２０６は、所定の初期設定情報を、成膜レートモニタ２０５で得られた成膜レート［オングストローム／ｓ］や、膜厚測定手段で測定された膜厚値に応じて補正することにより、膜厚を制御する。制御内容としては、後述するように、移動機構２０４による蒸発源ユニット２０３のスキャン速度の調整、当該スキャン速度調整の結果としての成膜時間［ｓ］の調整、蒸発源ユニット２０３のヒータ温度やシャッタ開度を調整することによる蒸着材料の蒸発量（放出量）の制御などがある。成膜制御部２０６は、膜厚に影響を与えるこれらの制御を組み合わせることで、品質及び精度とタクトタイムについての配慮がなされた良好な成膜を実現する。成膜制御部２０６は、蒸発源からの蒸着材料の放出量を制御する第１の制御手段、および、基板と蒸発源の相対速度を制御する第２の制御手段として機能する。

図３は、本実施例の蒸発源ユニット２０３の詳細な構成例を示している。図３（ａ）は
、蒸発源ユニット２０３が成膜制御部２０６の制御に従って基板Ｓに対して相対移動しながら蒸着を行う様子を示す。蒸発源ユニット２０３は、それぞれ複数のノズルを有する複数の蒸発源２０８ａ～２０８ｃを含んでいる。各蒸発源２０８ａ～２０８ｃに同じ蒸着材料を格納して成膜レートを向上させてもよいし、各蒸発源２０８ａ～２０８ｃそれぞれに異なる蒸着材料を格納して膜の材質を制御してもよい。なお、蒸発源の数やノズルの数は図に限定されない。また、成膜レートや膜厚の測定結果に応じてスキャン回数を初期設定値から増減させてもよい。また蒸発源ユニット２０３の移動方法は往復スキャンに限定されず、蒸発源ユニット２０３の形状や基板Ｓのサイズによってはラスタスキャン方式でもよい。

また移動機構２０４は、ガイドレール２０４ａと、モータ等の駆動手段を備える駆動部２０４ｂと、を含んでいる。駆動部２０４ｂは、成膜制御部２０６の制御に従った所定のスキャン速度で、蒸発源２０８ａ～２０８ｃを一体としてガイドレール２０４ａ上で往復移動させる。成膜制御部２０６が蒸発源のスキャン速度を上げると単位時間あたりの膜厚が薄くなり、スキャン速度を下げると単位時間あたりの膜厚を厚くなる。なお、成膜レートは基板Ｓと蒸発源ユニット２０３の相対速度に応じて変化するため、基板Ｓを平面内で蒸発源ユニット２０３に対して移動させる構成としてもよい。

また本実施例の真空蒸着装置２００は、各蒸発源２０８ａ～２０８ｃ夫々に対応する成膜レートモニタ２０５ａ～２０５ｃを備える。この構成により、蒸発源２０８ａ～２０８ｃごとの成膜レートを測定できるため、蒸発源ごとに互いに異なる温度制御を行うことも可能になる。また、複数の成膜レートモニタ２０５ａ～２０５ｃが取得した成膜レート値を統合して（例えば平均値を算出して）、蒸発源ユニット２０３全体を一様に温度制御してもよい。ただし、成膜レートモニタの個数はこれに限られず、蒸発源ユニット２０３全体で１個でもよい。

図３（ｂ）は、蒸発源ユニットが有する１つの蒸発源２０８ａの断面図を示す。本実施例の蒸発源２０８ａは、ルツボ２４４をヒータ２４６が加熱することで蒸着材料２４２を放出させて基板Ｓに付着させる構成である。ルツボ２４４は、蒸着材料２４２が格納されるルツボ本体２４４ａと、蒸着材料２４２が放出される方向を規定するノズル２４４ｂを含む。ヒータ２４６として例えば、成膜制御部２０６の電流制御に応じて発熱するシーズヒータが用いられる。シーズヒータに流れる電流を増加させると発熱量が増大し、蒸着材料２４２の放出量が増える。その結果、単位時間あたりに成膜される膜厚は厚くなり、所望の膜厚に達するまでの成膜速度は速くなる。ルツボ２４４の周囲には、熱効率を上げるためのリフレクタ２４８が配置されている。

＜パス室の機構＞
図４は、パス室ＰＳｘの構成を模式的に示す断面図である。図４は、図１のＡ－Ａ断面に対応する。パス室ＰＳｘの真空チャンバ３００内部には、搬送ロボットＲＣｘにより搬送されてきた基板Ｓを保持する基板トレー３０１と、基板Ｓの膜厚を測定する膜厚測定部３１０が配置されている。なお、基板トレー３０１は、複数枚の基板を収容可能としてもよい。また、パス室ＰＳｘには、基板Ｓのアライメントを行うための不図示のアライメント機構を設けてもよい。これにより、搬送室ＴＲｘや旋回室ＴＣｘを経て搬送されてきた基板Ｓの、搬送に用いたロボットの位置精度などに起因する位置ずれを抑制できる。その結果、後段のユニット中の成膜室内部における、基板ＳとマスクＭのアライメント時間を短縮できる。

なお、必ずしも全てのパス室ＰＳｘに膜厚測定部３１０を配置する必要はなく、複数のクラスタ型ユニットの膜厚を１つのパス室で測定してもよい。パス室ＰＳｘに基板が滞留しないのであれば、製造ラインの最下流に１つでも膜厚測定部３１０を配置すればよい。
また、パス室ＰＳｘに膜厚測定部３１０を配置するのではなく、膜厚測定のための検査室を設けてもよい。また、パス室ＰＳｘに膜厚測定部３１０を配置するかどうかを、上流側のクラスタ型ユニットＣＵｘでの処理の内容に応じて決めてもよい。例えば、ユニットＣＵｘで発光層が成膜される場合に膜厚測定部３１０を配置する、ユニットＣＵｘで電極間層が成膜される場合に膜厚測定部３１０を配置する、ユニットＣＵｘで画素ごとのファインマスクを使う場合に膜厚測定部３１０を配置する、等である。

＜膜厚測定部＞
図４には１つの膜厚測定部３１０を示したが、複数の膜厚測定部を配置しても良い。複数の場所を一度に評価することで、基板面内における膜厚のばらつきの情報を得ることや、複数の成膜室で成膜された複数種の膜をまとめて評価することが可能となる。

膜厚測定部３１０は、膜厚を光学的に測定するセンサであり、本実施例では反射分光式の光学センサを有する膜厚計を用いる。膜厚測定部３１０は、概略、膜厚評価ユニット３１１、センサヘッド３１２、センサヘッド３１２と膜厚評価ユニット３１１を接続する光ファイバ３１３から構成される。センサヘッド３１２は、真空チャンバ３００内の基板トレー３０１の下方に配置されており、真空チャンバ３００の底面に取り付けられた真空フランジ３１４を介して光ファイバ３１３に接続されている。センサヘッド３１２は光ファイバ３１３を経由して導かれた光の照射エリアを所定のエリアに設定する機能を有しており、光ファイバおよびピンホールやレンズなどの光学部品を用いることができる。

図５は膜厚測定部３１０のブロック図である。膜厚評価ユニット３１１は、光源３２０、分光器３２１、測定制御部３２２を有する。光源３２０は測定光を出力するデバイスであり、例えば重水素ランプやキセノンランプやハロゲンランプ等が用いられる。光の波長としては、２００ｎｍから１μｍの範囲を用いることができる。分光器３２１はセンサヘッド３１２から入力された反射光を分光しスペクトル（波長毎の強度）の測定を行うデバイスであり、例えば、分光素子（グレーティング、プリズムなど）と光電変換を行うディテクタなどで構成される。測定制御部３２２は光源３２０の制御及び反射スペクトルに基づく膜厚の演算などを行うデバイスである。

光源３２０から出力された測定光は、光ファイバ３１３を経由してセンサヘッド３１２に導かれ、センサヘッド３１２から基板Ｓに投射される。基板Ｓで反射した光はセンサヘッド３１２から光ファイバ３１３を経由して分光器３２１に入力される。このとき、基板Ｓ上の薄膜の表面で反射した光と、薄膜とその下地層との界面で反射した光とが互いに干渉する。このようにして薄膜による干渉や吸収の影響を受けることで、反射スペクトルは、光路長差、すなわち膜厚の影響を受ける。測定制御部３２２によってこの反射スペクトルを解析することによって、薄膜の膜厚を測定することができる。

上記の反射分光式の膜厚評価は、数ｎｍら数１００ｎｍの厚さの有機膜の評価に対しても、短時間で高精度での評価が可能であることから、有機ＥＬ素子の有機層の評価として好ましい手法である。ここで、有機層の材料としては、αＮＰＤ：α－ナフチルフェニルビフェニルジアミンなどの正孔輸送材料、Ｉｒ（ｐｐｙ）３：イリジウム－フェニルピリミジン錯体などの発光材料、Ａｌｑ３：トリス（８－キノリノラト）アルミニウムやＬｉｑ：８－ヒドロキシキノリノラト－リチウム）などの電子輸送材料などが挙げられる。さらには、上述の有機材料の混合膜にも適用してよい。分光干渉計はモータを必要としないため、高い真空度が求められる蒸着装置内でも利用しやすく、基板の近くで測定できるという利点がある。しかし、膜厚測定部３１０はこれに限定されず、エリプソメータなどでもよい。

図６は、膜厚測定部３１０による測定を容易にするための基板Ｓの被成膜面側の構成例
を示している。この例の基板Ｓの中央部には、複数の表示パネル３４０が形成されるエリアが設けられており、成膜完了後に基板Ｓを切り分けることで複数のパネルが製作される。基板Ｓの搬送方向（矢印Ｆ）前方の、表示パネル３４０エリアと重ならないエリアには、膜厚測定エリア３３０が設けられている。各成膜室における成膜処理時に、表示パネル３４０の部分への成膜と並行して、膜厚測定エリア３３０内の予め決められた位置への成膜も行うことで、膜厚測定エリア３３０内に膜厚測定用の薄膜（以後、測定用パッチ３３１と呼ぶ。測定用片あるいは評価用有機膜と呼ぶこともある）が形成される。これは、各成膜室で用いられるマスクＭに、予め測定用パッチ３３１のための開孔を形成しておくことにより実現できる。

膜厚測定エリア３３０は、複数の測定用パッチ３３１を形成可能な面積に設定されており、膜厚の測定対象となる層単位で測定用パッチ３３１の形成位置を変えるとよい。すなわち、１つの成膜室で形成された膜（単一膜でもよいし、複数の膜が積層された積層膜でもよい）の膜厚を測定したい場合は、測定用パッチ３３１の部分にも１つの成膜室で形成される膜（単一膜又は積層膜）のみを成膜し、複数の成膜室を経て形成された積層膜の膜厚を測定したい場合は、測定用パッチ３３１の部分にも測定したい積層膜と同じ積層膜を成膜するとよい。このように測定対象となる層ごとに測定用パッチ３３１を異ならせることにより、膜厚の正確な測定が実現できる。このような測定用パッチ３３１を形成するには、成膜室ごとにマスクＭの開口部の位置を異ならせればよい。

＜膜厚測定手法＞
本実施例では、各成膜室の真空蒸着装置２００が備える成膜レートモニタ２０５により成膜レートが取得されるとともに、パス室ＰＳｘに配置された膜厚測定部３１０が膜厚を測定する。

成膜レートモニタ２０５は、真空蒸着装置２００内部に配置されており、基板Ｓと同時に成膜材料の付着を受けるため、リアルタイムに基板状の膜厚を推定できる。したがって短時間情報を目標レートに反映することで、リアルタイムな膜厚制御を実行できる。その一方で、成膜レートモニタ２０５は基板Ｓ上に形成される膜の厚さを直接測定するのではなく、基板Ｓとは別の位置に配置した水晶振動子によって成膜レートを間接的に測定する。そのため、水晶振動子への材料の堆積量や水晶振動子の温度などの様々な誤差要因により、成膜レートモニタ２０５の水晶振動子に堆積する膜の膜厚と基板Ｓに堆積する膜の膜厚が異なったり、成膜レートモニタ２０５の測定値自体に誤差が生じたりする場合がある。定期的に水晶振動子の交換や校正を行うことで精度低下を抑制することはできるものの、成膜レートモニタ２０５による膜厚の測定誤差が原因で膜厚のばらつきを生じる可能性が残る。

膜厚測定部３１０は、成膜室ＥＶｘ１→ＥＶｘ２又は成膜室ＥＶｘ３→成膜室ＥＶｘ４での成膜が完了した基板Ｓが搬送ロボットＲＣ１により搬送された先のパス室ＰＳｘに配置されている。膜厚測定部３１０は、測定用パッチ３３１の形成方法に応じて、成膜室ＥＶｘ１（ＥＶｘ３）で成膜された膜厚、成膜室ＥＶｘ２（ＥＶｘ４）で成膜された膜厚、又は、成膜室ＥＶｘ１及びＥＶｘ２（ＥＶｘ３及びＥＶｘ４））で成膜された膜厚の合計、を測定する。すなわち膜厚測定部３１０は薄膜の厚さを直接測定できることから測定精度は比較的高く、その反面リアルタイム性に欠けており、測定結果を膜厚制御に反映するまでにタイムラグが発生する。

図７は、膜厚制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。膜厚制御部３５０が、成膜レートモニタ２０５及び膜厚測定部３１０の測定結果に基づいて各成膜室の成膜制御部２０６に制御指令を送信する。成膜レートモニタ２０５が測定した成膜レート情報は、その成膜レートモニタ２０５が配置された真空チャンバ２０７内での膜厚のリアルタ
イム制御に利用できる。膜厚制御部３５０は、成膜制御部２０６を制御する制御部として機能する。

また膜厚測定部３１０が測定した膜厚情報はフィードバック制御に利用できる。フィードバック制御は、膜厚制御部３５０が、基板の搬送方向（矢印Ｆ）において膜厚測定部３１０よりも上流側の成膜室の成膜条件を制御することによって、後続の基板Ｓｓの膜厚を調整する制御である。膜厚制御部３５０はリアルタイム制御とフィードバック制御のいずれか一方のみを実施してもよいし、両方の制御を実施してもよい。また、成膜室ごと又はユニットごとに、制御方法を異ならせてもよい。

図８は、製造開始後の各タイミングにおける処理の一例を示すチャートである。本図を用いて、成膜レートモニタ２０５と膜厚測定部３１０による測定結果が、どのタイミングで成膜制御に適用されるかを説明する。

図中、上段は、成膜室ＥＶ１１で第１膜を成膜される基板の番号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…）を示す。各基板の処理の間には、基板入れ替え等のインターバル時間（Ｉ）が置かれる。中段は、第１の基板Ｓ１が存在するチャンバと、そのチャンバで基板Ｓ１が受ける処理の内容を示す。便宜上、第１層の成膜時間、第２層の成膜時間、バッファ時間、及び、パス室での測定時間は、各々同じ長さであり、基板Ｓ１は、移動時間（Ｍ）の間にチャンバ間を移るものとする。また、インターバル時間（Ｉ）と移動時間（Ｍ）は同じ長さとする。

図中、下段は、成膜制御部２０６が成膜室ＥＶ１１で第１層の膜厚制御に用いる情報を示す。番号「ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３…」は、基板ＳＸの成膜中に成膜レートモニタ２０５により測定された成膜レートを表し、例えば番号「Ａ１１」は基板Ｓ１の成膜中に測定された１回目の成膜レートを意味する。成膜制御部２０６は、成膜室ＥＶ１１内で測定した成膜レートをリアルタイムで膜厚制御に使用する。また、番号「ＴＸ」は、基板ＳＸ上に成膜された第１層の膜厚を、膜厚測定部３１０が測定した結果を表し、例えば番号「Ｔ１」は基板Ｓ１の膜厚を意味する。膜厚は、基板への成膜が完了してパス室ＰＳ１まで移動した後でなければ測定できないため、成膜から膜厚測定までの間にタイムラグが発生する。図示例の膜厚測定部３１０は、時刻ｔ４１以降にならないと基板ＳＸの膜厚を測定できない。そのため、成膜制御部２０６が基板Ｓ１の膜厚Ｔ１を利用できるのは、５枚目の基板Ｓ５の成膜時以降である。

製造開始（時刻ｔ＝０）後、時刻ｔ１１において基板Ｓ１が成膜室ＥＶ１１に搬入され、第１膜の成膜が開始される。同時に成膜レートモニタ２０５も測定を開始し、時刻ｔ１１～ｔ１３にて順次、成膜レートが測定される。成膜制御部２０６は得られた成膜レートを用いてリアルタイム制御を行う。なお便宜上、１枚の基板に対する成膜レートの測定回数は３回としたが、測定回数や測定周期は任意に設定できる。一方で成膜制御部２０６は、膜厚情報については、基板Ｓ１の４枚前の基板（基板Ｓ－３）に対する測定結果を利用する。以降、基板Ｓの入れ替えごとに同様の処理を繰り返す。

＜膜厚制御手法＞
膜厚制御部３５０および成膜制御部２０６は、蒸発源ユニット２０３のスキャン速度と、蒸発源ユニット２０３からの蒸着材料の蒸発レートを制御することにより、基板Ｓに形成される薄膜の膜厚を制御する。成膜制御部２０６は、移動機構２０４の駆動部２０４ｂを制御することで蒸発源ユニット２０３のスキャン速度を変更する。スキャン速度制御は応答性が速く、細かな調整が可能である。しかし、スキャン速度のみで膜厚を制御すると、スキャン速度を遅くした場合のタクトタイムが長くなる課題がある。

また、膜厚制御部３５０および成膜制御部２０６は、ヒータ２４６に流れる電流を制御してヒータ２４６の温度を変更することで、蒸着材料の蒸発レート制御を行う。ただし、ヒータ２４６の温度制御は応答性が遅く、電流を制御してから実際に温度が変化するまでのタイムラグがある。また、温度変化を早めるために電流の制御量を大きくすると、オーバーシュートやアンダーシュートが発生しやすくなる。

以上のように、成膜レートモニタ２０５及び膜厚測定部３１０を用いた膜厚測定には夫々特徴があり、成膜レートモニタ２０５はリアルタイム性がある一方で精度の限界がある。また膜厚測定部３１０は精度が比較的高い一方で、成膜完了後に膜厚測定を行うためリアルタイム性がない。また膜厚制御についても、蒸発源ユニット２０３のヒータ温度制御とスキャン速度制御には夫々特徴があり、スキャン速度制御は応答性が速い一方でタクトタイムが低下する可能性があり、ヒータ温度制御は蒸着材料の放出量自体を変化させられる反面で応答性が遅い。

そこで本実施例では、膜厚測定においては成膜レートモニタ２０５による測定と膜厚測定部３１０による測定を組み合わせるとともに、膜厚制御においてもスキャン速度制御とヒータ温度制御を組み合わせることにより、効率のよい膜厚制御を可能とする。順次、測定方法と制御方法の組み合わせに応じた膜厚制御について述べる。表１は、以下の説明で用いるパラメータの凡例である。ここで「ターゲット」とは制御の目標となる値であり、例えばTtarget＝100であれば膜厚100［オングストローム］が目標値となる。成膜制御部
は、ターゲットから許容誤差の範囲内に収まるように制御を行う。

（１）膜厚に基づくスキャン速度制御
膜厚測定部３１０が測定した膜厚情報をスキャン速度に反映するフィードバック制御について説明する。式（１）は、成膜室におけるスキャン速度の目標値（Vscan_target）を、現在のスキャン速度（Vscan_now）と補正係数Ｋ_１に基づいて算出する数式である。こ
こで、式（２）に示すように、補正係数Ｋ_１は測定された膜厚（Tmeasure）とターゲットの膜厚（Ttarget）の比である。

例えばTtarget=100［オングストローム］、Tmeasure=150［オングストローム］である
場合、膜厚が目標値を超えているためスキャン速度を速くする必要がある。そこで、スキャン速度が1/K₁倍、すなわち1.5倍となるように駆動部２０４ｂを制御すればよい。

なお、膜厚情報が反映されるのは、測定対象の基板よりも複数枚、後続の基板である。そのため成膜室内部の状況に変化があった場合は、式（１）で得られたスキャン速度では
膜厚のターゲット値を達成できない可能性がある。その場合、式（１）で得られたスキャン速度をさらに補正してもよい。例えば連続する複数の基板の膜厚が一様に変化する（膜厚が徐々に増加または減少する）場合は、その傾向を考慮した外挿処理を行って測定膜厚（Tmeasure）を修正した後、式（１）に適用すればよい。

（２）実レートに基づくスキャン速度制御
成膜レートモニタ２０５が測定した実レートをスキャン速度に反映するリアルタイム制御について説明する。式（３）は、成膜室におけるスキャン速度の目標値（Vscan_target）を、現在のスキャン速度（Vscan_now）と補正係数Ｋ_２に基づいて算出する数式である
。ここで、式（４）に示すように、補正係数Ｋ_２は測定された蒸着レート（Ameasure）とターゲットの蒸着レート（Atarget）の比である。

例えばAtarget=1［オングストローム/s］、Ameasure=0.8［オングストローム/s］であ
る場合、膜厚が目標値に満たないため、スキャン速度を遅くする必要がある。そこで、スキャン速度が1/K₂倍、すなわち0.8倍となるように駆動部２０４ｂを制御し、単位面積あ
たりの蒸着材料の放出量を増やせばよい。

蒸着レートは、上記の通り成膜中に任意の回数測定できるため、式（３）を用いたスキャン速度の修正はリアルタイムに実行可能である。例えば、１枚の基板の成膜中に蒸発源ユニット２０３がチャンバ内を複数回往復する場合、その往復ごと、又は片道ごとにスキャン速度を変更してもよい。

（３）膜厚及び実レートに基づくスキャン速度制御
膜厚及び実レートの双方をスキャン速度に反映する制御について説明する。式（５）は、成膜室におけるスキャン速度の目標値（Vscan_target）を、現在のスキャン速度（Vscan_now）と補正係数Ｋ_３に基づいて算出する数式である。また式（６）は、補正係数Ｋ_３
を、測定された膜厚（Tmeasure）とターゲットの膜厚（Ttarget）の比（すなわち補正係
数Ｋ_１）と、測定された蒸着レート（Ameasure）とターゲットの蒸着レート（Atarget）
の比（すなわち補正係数Ｋ_２）と、を用いた加重平均によって算出する式である。式（６）中、α及びβは加重平均の重みを表しており、ユーザ等により設定される値である。このような重み付け処理により、スキャン速度制御における、蒸着材料の放出量の寄与の度合いと、成膜された膜厚の寄与の度合いとの比率を変更することができる。かかる寄与の比率の制御は、蒸着レート制御においても実行可能である。

上述のように、１枚の基板の成膜中において、膜厚に関わる補正係数Ｋ_１は一定であるが、実レートに関わる補正係数Ｋ_２はリアルタイムに制御される。したがって、式（５）を用いた制御においても、実レート測定結果を反映してリアルタイム制御を実施可能であ
る。

式（５）では、膜厚と実レートを同等に考慮してスキャン速度を算出していたが、式（１）に従って算出された膜厚に基づくスキャン速度をベースとして、実レート測定結果（Ameasure）に基づく補正を行うようにしてもよい。その場合は例えば、過去複数回の実レート測定結果の平均値と、直前の実レート測定結果との比や差を用いて補正することができる。これにより、蒸発源ユニット２０３の加熱などの影響で実レートが一定の方向に変化している場合でも、所望の成膜条件を維持することができる。

（４）膜厚に基づく蒸着レート制御
膜厚測定部３１０が測定した膜厚情報を蒸着レートに反映するフィードバック制御について説明する。式（７）は、成膜室における蒸着レートの目標値（Atarget）を、実レー
ト（Anow）と補正係数Ｋ_１に基づいて算出する数式である。補正係数Ｋ_１は、上記式（２）により算出される。

例えばTtarget=100［オングストローム］、Tmeasure=150［オングストローム］である
場合、膜厚が目標値を超えているため蒸着レートを下げる必要がある。そこで、リアルタイム制御において実レート（Anow）がK₁≒0.67倍となるようにヒータ温度を下げる等の制御を行えばよい。

本実施例の成膜制御部２０６は、蒸発源ユニット２０３のヒータ２４６に流れる電流を制御することにより、ヒータ２４６の温度を変化させる。その結果、蒸着材料２４２の放出量が増加し（又は減少し）、蒸着レートが上昇する（又は下降する）。所望の蒸発レートを実現するために、どの程度の電流制御を行えばよいかは、蒸発源ユニット２０３の特性や成膜室内部の状況によって異なる。そこで成膜制御部２０６は、電流制御量と蒸着レート変化の関係を表すテーブルや数式をメモリに保存しておき、それを参照して制御を行ってもよい。

なお、蒸着レートの変更は、ルツボの内部空間もしくは開口部、またはルツボの外部に、開閉可能なシャッタを設けておき、その開度を変更することによっても実現可能である。そこで本実施例においても、ヒータ２４６の温度制御の代わりに、あるいはヒータ２４６の温度制御とともに、シャッタ開度を変更することで蒸着レートを変更してもよい。

なお、膜厚情報が反映されるのは、測定対象の基板よりも複数枚後の基板である。そのため成膜室内部の状況に変化があった場合は、式（７）で得られた蒸着レートでは膜厚のターゲット値を達成できない可能性がある。その場合、式（７）で得られた蒸着レートをさらに補正してもよい。

（５）実レートに基づく蒸着レート制御
成膜レートモニタ２０５が測定した実レートを用いて蒸着レートを制御することは、本実施例のような成膜装置において一般に行われる処理である。そこで成膜制御部２０６は、測定された蒸着レート（Ameasure）がターゲットの蒸着レート（Atarget）に近づくよ
うに、ヒータ温度を変化させて放出量を増加または減少させる。この処理はリアルタイムに実行可能であり、例えば成膜レートモニタ２０５の測定ごとに制御を行ってもよい。

（６）膜厚及び実レートに基づく蒸着レート制御
膜厚及び実レートの双方を蒸着レートに反映する制御について説明する。式（８）は、
膜厚に関する補正係数Ｋ_１として式（２）と同じく「Tratget/Tmeasure」を用いて、成膜室における表示レート（Ameasure）を制御して、ターゲットの蒸着レート（Atarget）を
実現するための数式である。

例えばTtarget=100［オングストローム］、Tmeasure=80［オングストローム］、すなわち、K₁=1.25である場合、膜厚が目標値に満たないため蒸着レートを上げる必要がある。
そこで、表示レート（Ameasure）が1.25倍となるようにヒータ温度等を制御すればよい。

上記（１）～（３）ではスキャン速度を制御し、（４）～（６）ではヒータ温度を変更することによって蒸着レートを制御した。前述したように、スキャン速度制御と蒸着レート精度には、制御への応答性や、タクトタイムへの影響などの点で各々特徴があるため、両者を適宜組み合わせて制御することが好ましい。

図９は、効率と精度を向上させる制御の一例を説明するための概念的なグラフである。図９（ａ）は、成膜中の制御をヒータ温度の変更のみによって行う従来の例である。この例では、時刻ｔ０で基板Ｓの成膜処理を開始したのち、成膜制御部２０６が、時刻ｔ１におけるAmeasure値に基づいて蒸着レートを上げる必要があると判断し、ヒータ温度を上昇させるために電流を増加させている。しかしながら、制御への応答性が遅いため、目標の蒸着レートに到達するまではタイムラグ（Ｗ１）が発生する。さらに、目標到達後にオーバーシュートが発生する可能性もある（Ｗ２）。また、オーバーシュートを打ち消すためにヒータに流れる電流を減少させると、アンダーシュートが発生する可能性がある（Ｗ３）。さらに、ハンチングを起こす可能性もある。一方、オーバーシュート量を小さくするために、ヒータ温度を徐々に変更するようにした場合、温度上昇までの時間が長くなりタクトタイムが悪化するおそれがある。

図９（ｂ）は、ヒータ温度制御の応答性の遅さを補うために、ヒータ温度の変更による蒸着レート制御に、スキャン速度制御を組み合わせた例である。この例では、時刻ｔ０で基板Ｓの成膜処理を開始した後、成膜制御部が、時刻ｔ３におけるAmeasure値に基づいて蒸着レートを上げる必要があると判断し、ヒータ温度を上昇させるために電流を増加させる。ただし、上記のオーバーシュートを発生させないために、温度上昇カーブを緩やかにしている（実線グラフおよび左側の縦軸を参照）。さらに成膜制御部は、温度上昇に必要な時間の長期化を補うために、スキャン速度を低下させる（一点鎖線グラフおよび右側の縦軸を参照）。そして、蒸着レートが目標値に十分近づいたと判断したら（Ｗ４）、スキャン速度を元に戻す。したがって、オーバーシュートやハンチングを抑制できる。

［実施例２］
ここでは、クラスタ型ではない電子デバイス製造装置に対する膜厚制御を行う例について説明する。図１０は本実施例の電子デバイス製造装置であって、アライメントされ密着された基板ＳとマスクＭを搬送しながら成膜する、インライン型の装置を示している。

製造装置２５０は、マスク搬入室９０と、アライメント室１００（マスク取付室）と、複数の成膜室１１０ａ、１１０ｂと、反転室１１１ａ、１１１ｂと、搬送室１１２と、マスク分離室１１３と、基板分離室１１４と、キャリア搬送室１１５と、マスク搬送室１１６と、基板搬入室１１７（基板取付室）と、膜厚測定室１１８の各チャンバを有する。基板キャリア９に保持された基板Ｓは破線で示された経路に沿って、マスクＭは点線で示された経路に沿って、各チャンバ内を搬送される。

すなわち、基板搬入室１１７で基板キャリア９に保持されて破線の経路に搬入された基板Ｓは、反転室１１１ａで反転機構１２０ａにより姿勢を反転され、マスク搬入室９０でマスクＭに搭載される。次いでアライメント室１００において基板ＳとマスクＭとのアライメント及び密着が行われた後、成膜室１１０ａ、１１０ｂを搬送されつつ、成膜室に設けられた蒸発源ユニット２０３から放出された蒸着材料による成膜を受ける。なお、基板キャリアには成膜レートモニタ２０５が取り付けられている。そのため放出された蒸着材料は、基板Ｓの被成膜面と同時に成膜レートモニタ２０５にも付着する。これにより成膜中の成膜レートが測定される。また、成膜室１１０ａと１１０ｂの途中に設けられた膜厚測定室１１８には、光学的な膜厚測定を行う膜厚測定部３１０が配置されており、基板キャリア９を一時的に停止させて、成膜室１１０ａにおける成膜後の薄膜の厚さを測定する。

続いて基板キャリアに保持された基板Ｓは、搬送室１１２に搬入される。搬送室１１２にも膜厚測定部３１０が配置されており、成膜室１１０ｂにおける成膜後の薄膜の厚さを測定する。次いで基板Ｓはマスク分離室１１３でマスクＭを分離した後、反転室１１１ｂで反転機構１２０ｂにより姿勢を反転し、基板分離室１１４にて基板キャリア９から分離されて製造装置外部に搬出される。一方、基板キャリア９はキャリア搬送室１１５を経て基板搬入室１１７に搬送され、次の基板Ｓを保持する。

また、製造装置は不図示の膜厚制御部３５０及び成膜制御部２０６を備えている。本実施例の構成を持つ製造装置において、基板キャリア９に搭載された成膜レートモニタ２０５は成膜中の成膜レートを測定し、膜厚測定部３１０は成膜後の膜厚を光学的に測定する。そして、膜厚制御部３５０及び成膜制御部２０６は、成膜レート及び膜厚の測定結果を用いて、基板キャリア９の搬送速度を調整することにより成膜室内に配置された蒸発源ユニット２０３と基板Ｓの相対速度を制御するとともに、蒸発源ユニット２０３に投入される電流を制御することにより蒸着材料の蒸発量を制御する。したがって、上記実施例と同様の原理により、精度のよい膜厚制御が可能になる。

［実施例３］
（有機電子デバイスの製造方法）
本実施例では、成膜装置を用いた有機電子デバイスの製造方法の一例を説明する。以下、有機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１１（ａ）は有機ＥＬ表示装置６０の全体図、図１１（ｂ）は一つの画素の断面構造を表している。

図１１（ａ）に示すように、有機ＥＬ表示装置６０の表示領域６１には、発光素子を複数備える画素６２がマトリクス状に複数配置されている。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６１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。本図の有機ＥＬ表示装置の場合、互いに異なる発光を示す第１発光素子６２Ｒ、第２発光素子６２Ｇ、第３発光素子６２Ｂの組合せにより画素６２が構成されている。画素６２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１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ－Ｂ線における部分断面模式図である。画素６２は、基板１０上に、第１電極（陽極）６４と、正孔輸送層６５と、発光層６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂのいずれかと、電子輸送層６７と、第２電極（陰極）６８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６５、発光層６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂ、電子輸送層６７が有機層に当たる。また、本実施形態では、発光層６６Ｒは赤色を発する有機
ＥＬ層、発光層６６Ｇは緑色を発する有機ＥＬ層、発光層６６Ｂは青色を発する有機ＥＬ層である。

発光層６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂ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６４は、発光素子ごとに分離して形成されている。正孔輸送層６５と電子輸送層６７と第２電極６８は、複数の発光素子６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂ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６４と第２電極６８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６４間に絶縁層６９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Ｐが設けられている。

次に、電子デバイスとしての有機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）および第１電極６４が形成された基板１０を準備する。

次に、第１電極６４が形成された基板１０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６４が形成された部分に開口が形成されるようにパターニングし絶縁層６９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。

次に、絶縁層６９がパターニングされた基板１０を第１の成膜装置に搬入し、基板支持ユニットにて基板を支持し、正孔輸送層６５を、表示領域の第１電極６４の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層６５は真空蒸着により成膜される。実際には正孔輸送層６５は表示領域６１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。ここで、本ステップでの成膜や、以下の各レイヤーの成膜において用いられる成膜装置は、上記各実施例のいずれかに記載された成膜装置である。

次に、正孔輸送層６５までが形成された基板１０を第２の成膜装置に搬入し、基板支持ユニットにて支持する。基板とマスクとのアライメントを行い、基板をマスクの上に載置し、基板１０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６６Ｒを成膜する。本例によれば、マスクと基板とを良好に重ね合わせることができ、高精度な成膜を行うことができる。

発光層６６Ｒ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６６Ｇ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６６Ｂを成膜する。発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂの成膜が完了した後、第５の成膜装置により表示領域６１の全体に電子輸送層６７を成膜する。電子輸送層６７は、３色の発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂに共通の層として形成される。

電子輸送層６７までが形成された基板をスパッタリング装置に移動し、第２電極６８を成膜し、その後プラズマＣＶＤ装置に移動して保護層Ｐを成膜して、有機ＥＬ表示装置６０が完成する。

絶縁層６９がパターニングされた基板１０を成膜装置に搬入してから保護層Ｐ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、本例において、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。

本発明に係る膜厚測定方法や、膜厚を用いた成膜制御方法は、発光層を始めとした上記
の各層の形成において好適に利用できる。その結果、基板への成膜プロセスにおける膜厚の測定および制御の精度を向上させた、良好な成膜制御が可能となる。したがって、基板への有機材料の成膜を行う工程と、基板への電極部材の形成を行う工程を含む、電子デバイスの製造方法を良好に実施できる。

２０３：蒸発源ユニット、２０５：成膜レートモニタ、２０６：成膜制御部、２０８：蒸発源、３１０：膜厚測定部

Claims (18)

1. 基板に蒸着材料を蒸着して成膜を行う成膜装置であって、
   前記基板に対して相対移動しながら前記蒸着材料を放出する蒸発源と、
   前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出量を制御する第１の制御手段と、
   前記基板と前記蒸発源の相対速度を制御する第２の制御手段と、
   成膜中に、前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出量を測定するモニタ手段と、
   成膜後に、前記基板に蒸着された膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
   前記モニタ手段により測定された前記放出量および前記膜厚測定手段により測定された前記膜厚に基づいて、前記第１の制御手段および前記第２の制御手段を制御する制御部と、
   を備え、
   前記第１の制御手段が目標値に向けた前記放出量の制御を開始した後、前記放出量の目標値に対する差に応じて、前記第２の制御手段が前記相対速度を制御する
   ことを特徴とする成膜装置。
2. 前記制御部は、前記モニタ手段が成膜中の前記基板について測定した前記放出量を、当該成膜中の前記基板への成膜時の制御に適用するリアルタイム制御を行い、
   前記制御部は、前記膜厚測定手段が測定した前記膜厚を、測定対象の前記基板よりも後続の基板への成膜時の制御に適用するフィードバック制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記制御部は、前記膜厚測定手段によって測定される前記膜厚が目標値に近づくように、前記第１の制御手段および前記第２の制御手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記膜厚測定手段によって測定された前記膜厚が目標値に満たない場合は、前記第１の制御手段は、前記蒸着材料の放出量を増加させる制御を行い、
   前記膜厚測定手段によって測定された前記膜厚が目標値を超える場合は、前記第１の制御手段は、前記蒸着材料の放出量を減少させる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記膜厚測定手段によって測定された前記膜厚が目標値に満たない場合は、前記第２の制御手段は、前記相対速度を遅くする制御を行い、
   前記膜厚測定手段によって測定された前記膜厚が目標値を超える場合は、前記第２の制御手段は、前記相対速度を速くする制御を行う
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記制御部は、前記モニタ手段によって測定される前記放出量が、目標値に近づくように、前記第１の制御手段および前記第２の制御手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 前記モニタ手段によって測定された前記放出量が目標値に満たない場合は、前記第１の制御手段は、前記蒸着材料の放出量を増加させる制御を行い、
   前記モニタ手段によって測定された前記放出量が目標値を超える場合は、前記第１の制御手段が前記蒸着材料の放出量を減少させるように、前記制御部が前記第１の制御手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 前記モニタ手段によって測定された前記放出量が目標値に満たない場合は、前記第２の制御手段は、前記相対速度を遅くする制御を行い、
   前記モニタ手段によって測定された前記放出量が目標値を超える場合は、前記相対速度を速くする制御を行う
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜装置。
9. 前記制御部は、前記モニタ手段により測定された前記放出量および前記膜厚測定手段により測定された前記膜厚に基づいて、前記第１の制御手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 前記制御部は、前記モニタ手段により測定された前記放出量および前記膜厚測定手段により測定された前記膜厚に基づいて、前記第２の制御手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜装置。
11. 前記制御部は、測定された前記放出量の寄与と測定された前記膜厚の寄与と比率を変更する
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の成膜装置。
12. 前記モニタ手段は、水晶振動子を有する成膜レートモニタを含む
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
13. 前記膜厚測定手段は、前記基板に成膜された膜の膜厚を光学的に測定するセンサを含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
14. 前記モニタ手段が配置された成膜室と、
    前記膜厚測定手段が配置されたチャンバと、を備え、
    前記成膜室では成膜中の前記基板に対して前記モニタ手段による測定が行われ、
    前記チャンバには成膜後の前記基板が搬入され、搬入された当該基板に対して前記膜厚測定手段による測定が行われる
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
15. 前記成膜室が第２の成膜室とともにクラスタ型ユニットを構成し、
    前記チャンバには前記クラスタ型ユニットから成膜後の前記基板が共通に搬入される
    ことを特徴とする請求項１４に記載の成膜装置。
16. 前記基板を保持する基板キャリアをさらに有し、
    前記成膜室は、前記基板を前記基板キャリアごと搬送しながら成膜を行うインライン型の成膜室であり、
    前記チャンバには、前記成膜室で前記基板への成膜を終えた後の前記基板キャリアが搬入され、
    前記基板キャリアは、前記モニタ手段を備えており、前記成膜室における成膜中に前記蒸着材料の放出量を測定する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の成膜装置。
17. 基板に対して相対移動しながら蒸着材料を放出して前記基板に成膜を行う蒸発源と、モニタ手段と、膜厚測定手段と、を備える成膜装置の制御方法であって、
    成膜中に、前記モニタ手段により前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出量を測定する工程と、
    成膜後に、前記膜厚測定手段により前記基板に蒸着された膜の膜厚を測定する工程と、
    前記モニタ手段により測定された前記放出量および前記膜厚測定手段により測定された前記膜厚に基づいて、前記蒸発源からの前記蒸着材料の放出量と、前記基板と前記蒸発源の相対速度と、を制御する工程と、
    を有し、
    前記制御する工程においては、目標値に向けた前記放出量の制御を開始した後、前記放出量の目標値に対する差に応じて、前記相対速度を制御する
    ことを特徴とする成膜装置の制御方法。
18. 請求項１７に記載の制御方法を用いて前記基板に有機材料の成膜を行う工程と、
    前記基板に電極部材を形成する工程と、
    を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
    

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