KR102193817B1 - 박막 제조 장치, 박막 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

막 두께 센서를 장기간 사용할 수 있는 기술을 제공한다. 성막원 (12) 으로부터 성막 재료 (37) 의 미립자를 방출시켜 성막 대상물 (15) 과 막 두께 센서 (31) 에 박막을 성장시키고, 막 두께 센서 (31) 에 의해 박막의 측정 성장 속도를 구하고, 측정 성장 속도와, 미리 설정된 기준 속도를 비교하여, 전력을 변화시켜 측정 성장 속도를 기준 속도에 근접시킬 때에, 막 두께 센서 (31) 와 방출부 (38) 사이의 셔터 (35) 를 개폐시켜, 막 두께 센서 (31) 에 미립자가 도달하는 시간을 짧게 한다. 막 두께 센서 (31) 에 성장하는 박막의 막 두께는 셔터 (35) 를 개폐시키지 않는 경우보다 얇아지므로, 막 두께 센서 (31) 의 수명이 길어진다.

Description

박막 제조 장치, 박막 제조 방법
본 발명은, 박막을 형성하는 기술에 관한 것이고, 특히, 박막의 성장 속도를 검출하는 막 두께 센서의 사용 가능 기간이 긴 박막 제조 장치와, 박막 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
도 3 의 부호 100 은 종래 기술의 박막 제조 장치이고, 진공조 (113) 를 가지고 있다. 진공조 (113) 의 내부에는 증발원 (112) 이 배치되어 있다.
증발원 (112) 은 증발 용기 (133) 를 가지고 있고, 증발 용기 (133) 의 상방 위치에 있어서, 진공조 (113) 의 내부에 반입된 성막 대상 기판 (115) 이 통과, 또는, 배치되도록 되어 있다.
증발 용기 (133) 는 중공이고, 증발 용기 (133) 의 중공의 내부에는, 분체상의 유기 화합물로 이루어지는 유기 재료 (137) 가 배치되어 있다.
증발 용기 (133) 에는 가열 장치 (134) 가 형성되어 있고, 가열 장치 (134) 는 성막 전원 (145) 에 접속되어 있다.
진공 배기 장치 (139) 에 의해 진공조 (113) 의 내부를 진공 배기하여 진공 분위기를 형성하고, 성막 전원 (145) 에 의해 가열 장치 (134) 에 통전하여 발열시키고, 발열된 가열 장치 (134) 는 증발 용기 (133) 를 가열하여 승온시키고, 증발 용기 (133) 의 내부에 배치된 유기 재료 (137) 는 승온된 증발 용기 (133) 에 의해 가열된다.
유기 재료 (137) 가 증발 온도 이상으로 승온되면, 증발 (승화를 포함한다) 하여 다량의 유기 재료 (137) 의 증기가 증발 용기 (133) 의 내부로 방출된다.
증발 용기 (133) 의 성막 대상 기판 (115) 과 대면하는 위치에는 방출공 (138) 이 형성되어 있고, 발생한 증기는 방출공 (138) 으로부터 진공조 (113) 의 내부로 방출되어, 성막 대상 기판 (115) 의 표면에 도달하면, 도달한 부분에 유기 재료 (137) 의 박막이 성장한다.
이 박막 제조 장치 (100) 에서는, 진공조 (113) 의 외부에, 유기 재료 (137) 의 박막의 성장 속도를 제어하는 성장 속도 제어 회로 (114) 가 배치되어 있다.
성장 속도 제어 회로 (114) 가 성장 속도를 제어하는 순서를 설명하면, 진공조 (113) 의 내부에는 막 두께 센서 (131) 가 형성되어 있고, 막 두께 센서 (131) 는, 성장 속도 제어 회로 (114) 내에 형성된 성장 속도 측정기 (141) 에 접속되어 있다.
막 두께 센서 (131) 는, 성막 대상 기판 (115) 의 측방 위치에 배치되어 있고, 증발원 (112) 으로부터 방출된 유기 재료 (137) 의 증기는, 성막 대상 기판 (115) 과 막 두께 센서 (131) 에 도달하여, 성막 대상 기판 (115) 과 막 두께 센서 (131) 에 박막을 성장시키도록 되어 있고, 막 두께 센서 (131) 가 검출한 막 두께는, 막 두께를 나타내는 신호로서 성장 속도 측정기 (141) 에 출력되어, 성장 속도 측정기 (141) 에서 막 두께의 성장 속도가 구해지고, 성장 속도를 나타내는 신호는 속도 편차 검출기 (142) 에 측정 신호로서 출력된다.
성막 대상 기판 (115) 의 표면에 성장하는 박막의 바람직한 성장 속도는 미리 구해져 있어, 막 두께 센서 (131) 의 표면의 성장 속도로 변환되어 기준치로서 기억 장치 (143) 에 기억되어 있고, 기억 장치 (143) 로부터, 기준치를 나타내는 기준 신호가 출력되고, 속도 편차 검출기 (142) 에 입력되어 있다.
속도 편차 검출기 (142) 에서는 입력된 기준 신호가 나타내는 값과, 입력된 측정 신호가 나타내는 값의 대소 관계와 차의 값이 구해지고, 정부 (正負) 를 나타내는 부호가 붙은 차의 값인 편차를 나타내는 편차 신호가 속도 편차 검출기 (142) 로부터 성막 전원 (145) 에 출력된다.
성막 전원 (145) 에 입력된 편차 신호가, 측정 신호가 나타내는 성장 속도 쪽이 기준 신호가 나타내는 성장 속도보다 값이 큰 것을 나타내고 있는 경우에는, 성막 전원 (145) 은, 가열 장치 (134) 에 출력하는 전류를 감소시키고, 증발원 (112) 의 내부의 유기 재료 (137) 의 증기 발생량을 감소시켜, 성막 대상 기판 (115) 과 막 두께 센서 (131) 의 성장 속도의 값을 작게 하도록 되어 있다.
한편, 측정 신호가 나타내는 성장 속도 쪽이, 기준 신호가 나타내는 성장 속도보다 값이 작은 경우에는, 성막 전원 (145) 은, 가열 장치 (134) 에 출력하는 전류를 증가시키고, 증발원 (112) 의 내부의 유기 재료 (137) 의 증기 발생량을 증가시켜, 성막 대상 기판 (115) 과 막 두께 센서 (131) 의 성장 속도를 크게 하도록 되어 있다.
이와 같이, 가열 장치 (134) 에 공급되는 전류치가 조절됨으로써, 유기 재료 (137) 로부터 발생하는 증기량의 변동은 작게 되고, 증기 발생량이 일정치로 유지되어, 성장 속도는 기준치로 유지된다.
증가시키는 전류량과 감소시키는 전류량은 편차의 값에 비례하고 있어, 편차의 절대치가 큰 경우에는, 편차가 빠르게 제로에 근접하도록 되어 있다.
그러나 항상 성장 속도를 측정하고, 기준치와 비교하여, 성장 속도를 기준치에 근접시키고자 하는 상시 감시 방식이면, 성장 속도의 값의 진동이나, 출력한 전류량에 대한 성장 속도의 변화 지연 등의 영향으로 인해, 실제 성장 속도의 증감과 그 변화량의 제어가 곤란해진다는 문제가 있다.
도 4 의 부호 105 는, 상시 감시 방식으로 성장 속도를 제어하였을 때의, 성장 속도의 시간 변화를 나타내는 곡선이고, 기준치를 나타내는 직선 106 에, 성장 속도가 증가하여 근접하는 동안에 미세한 증감이 반복되고 있고, 이 미세한 증감에 의해, 기준치에 근접해도 실제 성장 속도와 기준치의 차가 크다.
WO2015/182090
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해서 창작된 것으로, 장기간, 박막의 성장 속도를 검출할 수 있는 박막 제조 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 진공조와, 성막 재료가 배치되는 성막원과, 상기 성막원에 전력을 공급하고, 상기 성막원에 배치된 상기 성막 재료의 미립자를 상기 성막원의 방출부로부터 상기 진공조의 내부로 방출시키는 주제어 장치와, 상기 미립자가 도달하여 박막이 성장하는 위치에 배치되고, 표면에 형성되는 상기 박막의 막 두께를 나타내는 내용의 막 두께 신호를 출력하는 막 두께 센서를 갖고, 상기 주제어 장치는, 상기 막 두께 센서가 출력하는 상기 막 두께 신호에 기초하여, 상기 성막원에 공급하는 전력의 크기를 변화시켜 상기 성막원의 방출 속도를 변화시켜, 원하는 성장 속도로 성막 대상물 표면에 박막을 성장시키는 박막 제조 장치로서, 상기 진공조 내에는 셔터가 배치되고, 상기 셔터는 주제어 장치에 의해 이동되고, 상기 셔터는, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이에 위치하여 상기 미립자의 상기 막 두께 센서로의 도달을 차폐하는 차폐 상태와, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이의 위치로부터 다른 장소로 이동하여, 상기 미립자를 상기 막 두께 센서에 도달시키는 도달 상태가 전환되도록 된 박막 제조 장치이다.
본 발명은, 상기 막 두께 센서에 형성된 박막의 막 두께는, 상기 셔터가 상기 도달 상태를 유지하는 도달 기간 중에 측정되는 박막 제조 장치이다.
본 발명은, 측정된 상기 막 두께로부터 상기 막 두께 센서 상의 측정 성장 속도를 구하고, 상기 성막원에 공급하는 전력의 크기를 변경하는 박막 제조 장치이다.
본 발명은, 진공조의 내부를 진공 분위기로 하고, 상기 진공조의 내부에 배치된 성막원에 전력을 공급하고, 상기 성막원의 방출부로부터 성막 재료의 미립자를 방출시켜, 상기 진공 분위기 중에 위치하는 성막 대상물과 막 두께 센서에 상기 미립자를 도달시키고, 상기 막 두께 센서에 성장하는 박막의 성장 속도에 기초하여 상기 전력의 크기를 변화시켜 측정 성장 속도를 기준 속도에 근접시키는 박막 제조 방법으로서, 상기 진공조의 내부에 셔터를 형성하고, 상기 성막 대상물에 상기 미립자가 도달하고 있는 동안에 상기 셔터를 개폐시켜, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이에 상기 셔터를 위치시켜 상기 막 두께 센서에 상기 미립자가 도달하지 않는 차폐 상태와, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이로부터 상기 셔터를 이동시켜 상기 막 두께 센서에 상기 미립자가 도달하는 도달 상태를 교대로 전환하는 박막 제조 방법이다.
본 발명은, 상기 셔터가 상기 도달 상태를 유지하는 도달 기간마다 상기 측정 성장 속도를 구하고, 상기 성막원에 공급하는 전력의 크기를 변경하는 박막 제조 방법이다.
본 발명에서는 1 주기의 시간을 설정하고, 1 주기 중에 공급 전력을 1 회 변경하도록 하면, 상시 제어에서 기인하는 성장 속도의 진동이 없어지므로, 제어가 용이해진다.
상기 종래 기술의 박막 제조 장치에서는, 유기 재료로부터의 증기 발생량을 상시 감시하고 있기 때문에, 빈번하게 막 두께 센서를 교환할 필요가 있었지만, 본 발명에 의하면, 동일한 성막 시간에서, 센서에 막이 붙어 있는 시간 (기간) 이 종래보다 짧기 때문에, 종래보다 적은 교환 빈도로 다수의 성막 대상물에 성막하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 의하면, 막 두께 센서에 박막이 부착되는 시간을 단축시킬 수 있기 때문에, 막 두께 센서의 수명을 길게 할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 박막 제조 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 는, 수정 진동자의 발진 주파수와 막 두께의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3 은, 종래 기술의 박막 제조 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4 는, 성장 속도의 시간 경과적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 도달 기간의 주파수 변화와, 도달 기간과 차단 기간을 단시간에 반복하였을 때의 주파수 변화를 비교한 그래프이다.
도 1 의 부호 10 은 본 발명의 박막 제조 장치를 나타내고 있다.
이 박막 제조 장치 (10) 는 진공조 (13) 를 가지고 있고, 진공조 (13) 의 내부에는 성막원 (12) 이 배치되어 있다.
성막원 (12) 은 중공의 증발 용기 (33) 를 가지고 있고, 그 중공의 부분에는 성막 재료 (37) 가 배치되어 있다. 성막 재료 (37) 는, 여기서는 분체상의 유기 화합물이지만, 금속 재료나 금속 산화물 등의 무기 재료나, 액체 재료여도 된다.
진공조 (13) 에는 진공 배기 장치 (45) 가 접속되어 있고, 진공 배기 장치 (45) 가 동작하여 진공조 (13) 의 내부가 진공 배기되면, 진공조 (13) 의 내부에 진공 분위기가 형성된다.
증발 용기 (33) 의 내부 중공 부분은, 이 진공 배기 장치 (45) 에 의해 진공 배기되어, 진공조 (13) 와 마찬가지로, 진공 분위기가 형성된다. 증발 용기 (33) 에 다른 진공 배기 장치를 접속하고, 그 진공 배기 장치에 의해 증발 용기 (33) 의 내부를 진공 배기해도 된다.
진공조 (13) 의 외부에는 주제어 장치 (18) 가 배치되어 있다.
주제어 장치 (18) 에는 성장 속도 제어기 (14) 가 배치되고, 성장 속도 제어기 (14) 에는, 성막 전원 (46) 과, 성막 전원 (46) 의 동작을 제어하는 전원 제어기 (42) 가 배치되어 있다.
전원 제어기 (42) 가 성막 전원 (46) 을 동작시키면, 성막 전원 (46) 으로부터 성막원 (12) 에 전력이 공급된다.
성막원 (12) 의 내부에는 가열 장치 (34) 가 형성되어 있고, 공급된 전력에 의해 가열 장치 (34) 는 발열되어, 성막 재료 (37) 를 가열한다.
진공조 (13) 의 내부가 진공 분위기로 된 상태에서, 성막 재료 (37) 가 증발 온도 이상으로 승온되면, 성막 재료 (37) 로부터 증기가 발생한다. 발생한 증기는 성막 재료 (37) 의 미립자이다.
증발 용기 (33) 의 천정에는 증기 방출공이 방출부 (38) 로서 형성되어 있고, 성막 재료 (37) 의 미립자는 증기 방출공을 통과하기 때문에, 성막원 (12) 의 방출부 (38) 로부터 진공조 (13) 의 내부로 성막 재료 (37) 의 미립자가 방출된다.
따라서, 주제어 장치 (18) 로부터 성막원 (12) 에 전력이 공급되면, 성막원 (12) 으로부터 성막 재료 (37) 의 미립자가 방출된다. 방출부 (38) 는 복수의 증기 방출구여도 된다.
진공조 (13) 내부의, 성막 재료 (37) 의 미립자가 도달하는 성막 위치에는, 성막 대상물이 정지하여 배치되어 있거나, 또는, 성막 위치를 성막 대상물이 통과하도록 되어 있다. 여기서는, 성막 재료 (37) 의 미립자가 도달하는 성막 위치에는 기판 홀더 (39) 가 형성되어 있고, 부호 15 로 나타낸 성막 대상물이 기판 홀더 (39) 에 유지되어 정지하고 있다.
성막 대상물 (15) 의 표면에 성막 재료 (37) 의 미립자가 도달하면, 성막 대상물 (15) 의 표면에 성막 재료 (37) 의 성분을 함유하는 박막 (여기서는 유기 박막) 이 성장한다.
진공조 (13) 의 내부에는, 막 두께 센서 (31) 와 셔터 (35) 가 배치되어 있다.
주제어 장치 (18) 에는, 모터 제어기 (51) 와, 모터 제어기 (51) 에 접속된 개폐 제어기 (43) 가 형성되어 있다.
셔터 (35) 는 모터 (36) 에 접속되어 있고, 모터 (36) 는 모터 제어기 (51) 에 의해 회전이 제어되고 있다.
셔터 (35) 는, 모터 (36) 의 회전에 의해 진공조 (13) 내에서 이동되어, 위치를 변경할 수 있도록 되어 있다. 이 셔터 (35) 는, 개폐 제어기 (43) 가 모터 제어기 (51) 를 제어함으로써, 막 두께 센서 (31) 와 방출부 (38) 사이의 장소인 차단 장소에 위치하는 차폐 상태와, 또, 차단 장소로부터 이동하여, 차단 장소와는 달리, 막 두께 센서 (31) 와 방출부 (38) 사이가 아닌 장소에 위치할 때의 도달 상태 중 어느 상태를 취할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 셔터 (35) 는, 차폐 상태와 도달 상태로 됨으로써, 개폐되도록 되어 있다.
셔터 (35) 가 도달 상태에 있을 때에는, 막 두께 센서 (31) 는 성막원 (12) 으로부터 방출된 성막 재료 (37) 의 미립자가 도달할 수 있는 장소에 위치하고 있고, 그 때, 성막 대상물 (15) 과 막 두께 센서 (31) 에는, 동일한 성막원 (12) 으로부터 방출된 성막 재료 (37) 의 미립자가 도달하여, 막 두께 센서 (31) 의 표면과 성막 대상물 (15) 의 표면에, 동일한 종류의 미립자로 이루어지는 박막이 성장한다.
성막 대상물 (15) 과 막 두께 센서 (31) 는, 성막원 (12) 으로부터의 거리가 상이하기 때문에, 성막 대상물 (15) 과 막 두께 센서 (31) 에는, 거리에 따른 일정한 장소 비율의 막 두께로 박막이 성장한다.
주제어 장치 (18) 에는 성장 속도 측정기 (41) 가 배치되어 있고, 막 두께 센서 (31) 는 성장 속도 측정기 (41) 에 접속되어 있다.
막 두께 센서 (31) 는, 표면에 부착된 박막의 막 두께를 나타내는 내용의 막 두께 신호를, 주제어 장치 (18) 에 출력한다. 막 두께 센서 (31) 로부터 출력된 막 두께 신호는, 주제어 장치 (18) 의 성장 속도 측정기 (41) 에 입력되고, 성장 속도 측정기 (41) 는, 셔터 (35) 가 계속해서 도달 상태에 있는 동안 (예를 들어 1 초 이내의 시간) 에, 상이한 시각에 막 두께 센서 (31) 상의 박막의 막 두께를 측정한다.
주제어 장치 (18) 는, 셔터 (35) 를, 일정한 도달 기간과 일정한 차폐 기간을 교대로 반복하도록 동작시키고 있고, 1 개의 도달 기간과 그 도달 기간에 인접하는 1 개의 차폐 기간의 합계 시간을 1 주기로 하면, 도달 기간마다 측정하는 막 두께 센서 (31) 상의 막 두께의 변화량과, 인접하는 도달 기간의 상이한 측정 시각과 측정 시각 사이의 시간과, 1 주기의 시간으로부터 , 막 두께 센서 (31) 상에 성장하는 박막의 성장 속도가 산출된다. 여기서 성장 속도란, 「막 두께의 증가분/증가에 필요로 한 시간」이다.
막 두께 센서 (31) 상에 성장하는 박막의 성장 속도와, 성막 대상물 (15) 상에 성장하는 박막의 성장 속도 사이에는, 막 두께에 관한 상기의 장소 비율의 값에 대응한 일정한 비례 관계가 있고, 그 성장 속도의 비례 관계의 비례 계수는 장소 비율 측정시에 미리 구해져 있다. 주제어 장치 (18) 는, 그 비례 관계와 막 두께 센서 (31) 상의 박막의 성장 속도로부터, 성막 대상물 (15) 상의 박막의 성장 속도를 산출할 수 있다. 여기서는, 성장 속도 측정기 (41) 는, 산출한 막 두께 센서 (31) 상의 박막의 성장 속도를, 측정 성장 속도로서 출력한다.
주제어 장치 (18) 에는 기억 장치 (49) 가 형성되어 있고, 기억 장치 (49) 에는 막 두께 센서 (31) 상의 박막의 성장 속도의 기준치가 기준 속도로서 기억되어 있다.
전원 제어기 (42) 에는, 기준 속도와, 측정 성장 속도가 입력되어 있다.
전원 제어기 (42) 는, 기준 속도와 측정 성장 속도를 비교하여, 그 차에 따른 값과, 어느 쪽이 큰지를 나타내는 부호로 이루어지는 편차를 산출하고, 속도 편차를 나타내는 제어 신호로서 성막 전원 (46) 에 출력한다.
성장 속도 측정기 (41) 로부터, 성막 대상물 (15) 상에 성장하는 박막의 성장 속도가 측정 성장 속도로서 출력되는 경우에도, 성막 대상물 (15) 에 대한 성장 속도의 기준치가 목표 성장 속도로서 설정되어 있으면, 막 두께 센서 (31) 상의 박막의 성장 속도와 막 두께 센서 (31) 에 대한 기준 속도가 비교되고 있는 것과 마찬가지가 된다.
어쨌든, 성막 전원 (46) 이 가열 장치 (34) 에 공급하는 전력의 크기는, 전원 제어기 (42) 가 출력하는 제어 신호에 의해 제어되고 있고, 측정 성장 속도가 기준 속도보다 클 때에는, 성막 재료 (37) 의 미립자의 방출 속도를 저하시키기 위해서, 성막 전원 (46) 을 제어하여, 가열 장치 (34) 에 공급하는 전력을 감소시킨다. 성막원 (12) 의 「방출 속도」란, 「성막원 (12) 의 방출량/방출 시간」의 값이다.
측정 성장 속도가 기준 속도보다 작을 때에는, 미립자의 방출 속도를 증대시키기 위해서, 성막 전원 (46) 을 제어하여, 가열 장치 (34) 에 공급하는 전력을 증가시킨다.
셔터 (35) 가 차단 장소에 위치하는 차폐 상태인 동안에는, 방출부 (38) 로부터 방출된 증기는, 성막 대상물 (15) 에는 도달해도, 막 두께 센서 (31) 에는 도달하지 않아, 성막 대상물 (15) 에 박막이 성장해도, 막 두께 센서 (31) 에는 박막은 성장하지 않는다.
따라서, 막 두께 센서 (31) 에 형성되는 박막은, 1 장의 성막 대상물 (15) 에 형성되는 박막의 막 두께보다 얇아지므로, 1 개의 막 두께 센서 (31) 에 의해, 복수 장 수의 성막 대상물 (15) 을 1 장씩 성막할 수 있다.
도 2 의 그래프는, 수정 진동자로 이루어지는 막 두께 센서 (31) 의 발진 주파수 (가로축) 와, 막 두께 센서 (31) 의 표면의 단위 면적당의 박막의 중량 (세로축：막 두께 × 밀도) 의 관계를 나타내는 그래프이고, 박막 표면의 박막이 성장함에 따라, 발진 주파수가 저하되는 것을 나타내고 있다. 도면 중의 「z」는, 수정 진동자 상에 부착되는 박막과 수정 진동자의 음향 임피던스비를 나타내는 기호이다.
「z」가 어느 값의 수정 진동자에 대해서도, 5 MHz 보다 10 분의 수 MHz 낮은 주파수 (예를 들어 4.8 MHz) 로부터 5 MHz 의 사이가, 그래프의 직선성이 다른 부분보다 높고, 그 주파수 범위 중에서는, 측정한 발진 주파수의 값으로부터 밀도가 이미 알려진 박막의 막 두께를 정확하게 구할 수 있는 것을 알 수 있다.
성막 대상물 (15) 과 막 두께 센서 (31) 에 방출부 (38) 로부터 방출된 증기가 도달하고 있을 때에는, 막 두께 센서 (31) 에 형성되는 박막의 성장 속도가 측정되기 때문에, 성장 속도를 일정하게 유지할 때에는, 셔터 (35) 의 도달 상태와 차폐 상태를 반복한다. 그리고 반복하는 동안의 도달 상태일 때에, 측정 성장 속도를 구하여, 성막원 (12) 에 공급되는 전력의 제어를 실시하도록 함으로써, 성막 대상물 (15) 이 막 두께 센서 (31) 와 동일한 진공조 (13) 내에 위치하고 있어 성막 대상물 (15) 의 표면에 소정량의 막 두께의 박막이 형성되는 동안에, 막 두께 센서 (31) 에는, 박막이 성장하는 시간을 성막 대상물 (15) 표면에 박막이 성장하는 시간보다 짧게 할 수 있다.
따라서, 셔터 (35) 가 차폐 상태와 도달 상태를 교대로 반복하고, 도달 상태일 때에 막 두께를 측정함으로써, 막 두께 센서 (31) 의 표면에 형성되는 박막의 막 두께를, 차폐 상태가 없는 도달 상태를 유지할 때보다 얇게 할 수 있다.
차폐 상태를 유지하는 차폐 기간과, 도달 상태를 유지하는 도달 기간은, 기억 장치 (49) 에 기억되어 있고, 각각의 기간의 길이를 나타내는 기간 신호는, 설정치로서 개폐 제어기 (43) 에 출력되고, 기억 장치 (49) 로부터 출력된 설정치의 기간 신호에 따라, 도달 기간 중에 성장 속도 제어기 (14) 에 트리거를 출력하여, 전원 제어기 (42) 에 성막원 (12) 에 공급하는 전력을 변화시킨다.
이와 같이, 도달 기간 동안에 측정 성장 속도를 구하여, 공급 전력의 크기를 변화시킬 때에, 차폐 기간 동안에는, 직전의 도달 기간에 변경한 전력의 공급을 계속해서 실시해도 되고, 차폐 기간 동안에, 직전의 도달 기간에 출력한 전력의 크기를 변경해도 된다.
도 4 의 부호 5 는, 각 측정 시각 t1 ∼ t5 에서 변경한 전력의 크기가 측정 시각 t1 ∼ t5 사이에 있어서 유지되는 경우의 성장 속도의 시간 경과적 변화를 나타내는 꺾은선이고, 측정 시각 t1 ∼ t5 사이에서는, 성장 속도는 직선적으로 변화되고 있고, 기준치를 나타내는 직선 6 부근의 값으로 일정치로 되어 있다.
측정 시각 t1 ∼ t5 사이에서 전력을 유지하는 경우도 변경하는 경우도, 어느 것에 대해서도 1 개의 도달 기간과 그 도달 기간에 인접하는 1 개의 차폐 기간의 합계 시간이 1 주기이다. 1 주기 전부가 도달 기간인 경우에 비해, 일정 비율로 도달 기간과 차폐 기간을 반복하는 경우에는, 「도달 상태의 시간/1 주기」는 "1" 보다 작은 값이 되고, 막 두께는 「도달 상태의 시간/1 주기」배가 된다. 따라서, 본 발명에 사용하는 막 두께 센서 (31) 의 사용 가능 시간은, 「1 주기/도달 상태의 시간」배가 된다.
도 5 는, 장시간의 도달 기간 후에, 단시간의 도달 기간과 차폐 기간을 반복하였을 때의, 경과 시간 (가로축) 과, 막 두께 센서의 주파수 (세로축) 의 관계를 나타낸 그래프이고, 도달 기간의 개시 시각 A 로부터, 도달 기간의 차단 시각 B 사이의, 경과 시간과 주파수의 관계를 나타내는 곡선 L1 의 기울기는, 시각 B 보다 이후에 도달 기간과 차단 기간을 반복하였을 때의 곡선 L2 의 기울기보다 크게 되어 있고, 따라서, 도달 기간과 차단 기간을 반복하면, 막 두께 센서 (31) 의 표면에 형성되는 박막의 막 두께는 작은 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 1 개의 도달 기간 내에서 측정 성장 속도를 구하였지만, 1 개의 도달 기간 중의 시각인 제 1 시각에 구한 막 두께의 값과, 직전의 도달 기간 중의 시각인 제 2 시각에 구한 막 두께의 값 사이의 차인 막 두께차와, 제 1 시각과 제 2 시각 사이의 도달 기간의 합계 시간으로부터, 측정 성장 속도를 구하도록 해도 된다. 요컨대, 본 발명은, 1 개의 도달 기간 중의 막 두께의 값에만 기초하여, 측정 성장 속도를 구하는 것에 한정되는 것은 아니다.
또, 성막 대상물 (15) 과 막 두께 센서 (31) 사이의 성장 속도의 비례 관계를 알 수 있기 때문에, 성막 대상물 (15) 상의 원하는 성장 속도를 막 두께 센서 (31) 상의 성장 속도로 환산하여, 주제어 장치 (18) 에 막 두께 센서 (31) 상의 성장 속도를 기준치로서 설정하고, 막 두께 센서 (31) 의 성장 속도를 기준치와 비교하여, 가열 장치 (34) 에 공급하는 전력을 제어하여 막 두께 센서 (31) 의 성장 속도가 기준치가 되도록 해도 된다.
또, 상기 예에서는 막 두께 센서 (31) 의 막 두께는, 도달 기간 중에 측정되고 있었지만, 차폐 기간에 측정해도 된다. 이 경우, 다른 시각의 측정치와 계산에 의해, 측정한 시각의 성막 대상물 (15) 의 막 두께를 구할 수도 있다.
또, 상기 실시예에서는, 저항 가열 히터가 가열 장치 (34) 에 사용되고 있고, 열 전도에 의해 증발 용기 (33) 가 가열되고, 또한 열 전도에 의해 승온된 증발 용기 (33) 에 의해 성막 재료 (37) 가 가열되어 승온되어 있고, 가열 장치 (34) 의 발열량을 제어함으로써, 성막 재료 (37) 의 온도를 제어하고 있었지만, 적외선 램프를 가열 장치 (34) 에 사용하여 증발 용기 (33) 를 가열하거나, 유도 전류를 증발 용기 (33) 에 흘려 증발 용기 (33) 를 가열하도록 해도 된다.
그리고 또, 상기 예에서는 증착 장치였지만, 본 발명에는, 성막원으로서 스퍼터링 타깃을 사용하고, 주제어 장치에는, 스퍼터링 타깃에 전력을 공급하는 스퍼터 전원이 성막 전원으로서 배치되고, 성막 전원이 성막원에 공급하는 전력에 의해, 성막원의 표면인 방출부 상에 플라즈마를 형성하여, 성막원을 스퍼터링하고, 스퍼터링 입자로 이루어지는 성막 재료의 미립자를 방출부로부터 방출시켜, 성막 대상물의 표면과 막 두께 센서의 표면에 미립자를 도달시켜 박막을 형성하는 스퍼터링 장치도 포함된다. 요컨대, 막 두께 센서와 성막원 사이의 차단 장소와, 다른 장소 사이에서 이동할 수 있는 셔터를 형성한 성막 장치는, 본 발명의 박막 제조 장치에 포함된다.
또, 상기 실시예에서는, 증발 용기 (33) 는 진공조 (13) 의 내부에 배치되어 있었지만, 증발 용기는 진공조 (13) 의 외부에 배치되어 있어도 된다.
또한, 상기 설명 중의 「방출 속도」는, 증기의 단위 시간당의 방출량을 의미하고 있고, 증기의 비행 속도를 의미하는 것은 아니다.
10 : 박막 제조 장치
13 : 진공조
14 : 성장 속도 제어기
15 : 성막 대상물
31 : 막 두께 센서
35 : 셔터
33 : 증발 용기
37 : 성막 재료
41 : 성장 속도 측정기
42 : 전원 제어기
45 : 진공 배기 장치
46 : 성막 전원
49 : 기억 장치
51 : 모터 제어기

Claims (5)

  1. 진공조와,
    성막 재료가 배치되는 성막원과,
    상기 성막원에 전력을 공급하고, 상기 성막원에 배치된 상기 성막 재료를 가열하여 상기 성막 재료로부터 증기를 방출시키고, 상기 증기의 미립자를 상기 성막원의 방출부로부터 상기 진공조의 내부로 방출시키는 주제어 장치와,
    상기 미립자가 도달하여 박막이 성장하는 위치에 배치되고, 표면에 형성되는 상기 박막의 막 두께를 나타내는 내용의 막 두께 신호를 출력하는 막 두께 센서를 갖고,
    상기 주제어 장치는, 상기 막 두께 센서가 출력하는 상기 막 두께 신호에 기초하여, 상기 성막원에 공급하는 전력의 크기를 변화시켜 상기 성막원의 방출 속도를 변화시켜, 원하는 성장 속도로 성막 대상물 표면에 박막을 성장시키는 박막 제조 장치로서,
    상기 진공조 내에는 셔터가 배치되고,
    상기 셔터는 주제어 장치에 의해 이동되고,
    상기 셔터는, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이에 위치하여 상기 미립자의 상기 막 두께 센서로의 도달을 차폐하는 차폐 상태와, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이의 위치로부터 다른 장소로 이동하여, 상기 미립자를 상기 막 두께 센서에 도달시키는 도달 상태가 교대로 반복하여 전환되도록 되고,
    1 개의 도달 기간과 그 도달 기간에 인접하는 1 개의 차폐 기간과의 합계 시간인 1 주기는 일정 시간으로 설정되고, 상기 성막원에 공급하는 전력은, 상기 1 주기 중에 1 회 변경되는, 박막 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 두께 센서에 형성된 박막의 막 두께는, 상기 셔터가 상기 도달 상태를 유지하는 도달 기간 중에 측정되는, 박막 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    측정된 상기 막 두께로부터 상기 막 두께 센서 상의 측정 성장 속도를 구하고, 상기 성막원에 공급하는 전력의 크기를 변경하는, 박막 제조 장치.
  4. 진공조의 내부를 진공 분위기로 하고, 상기 진공조의 내부에 배치된 성막원에 전력을 공급하고, 성막 재료를 가열하여 상기 성막 재료로부터 증기를 방출시키고, 상기 성막원의 방출부로부터 상기 증기의 미립자를 방출시켜, 상기 진공 분위기 중에 위치하는 성막 대상물과 막 두께 센서에 상기 미립자를 도달시키고, 상기 막 두께 센서에 성장하는 박막의 성장 속도에 기초하여 상기 전력의 크기를 변화시켜 측정 성장 속도를 기준 속도에 근접시키는 박막 제조 방법으로서,
    상기 진공조의 내부에 셔터를 형성하고,
    상기 성막 대상물에 상기 미립자가 도달하고 있는 동안에 상기 셔터를 개폐시켜, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이에 상기 셔터를 위치시켜 상기 막 두께 센서에 상기 미립자가 도달하지 않는 차폐 상태와, 상기 막 두께 센서와 상기 방출부 사이로부터 상기 셔터를 이동시켜 상기 막 두께 센서에 상기 미립자가 도달하는 도달 상태를 교대로 반복하여 전환하고,
    1 개의 도달 기간과 그 도달 기간에 인접하는 1 개의 차폐 기간과의 합계 시간인 1 주기는 일정 시간으로 설정하고, 상기 성막원에 공급하는 전력은, 상기 1 주기 중에 1 회 변경하는, 박막 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 셔터가 상기 도달 상태를 유지하는 도달 기간마다 상기 측정 성장 속도를 구하고, 상기 성막원에 공급하는 전력의 크기를 변경하는, 박막 제조 방법.
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