真空蒸着装置
【課題】蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバー５０と、基板保持機構と、蒸着源３０と、モニタ用膜厚センサー２０と、校正用膜厚センサー１０と、制御系６０と、を有し、蒸着源３０の開口部３２の中心から校正用膜厚センサー１０までの距離Ｌ1と、蒸着源３０の開口部３２の中心からモニタ用膜厚センサー２０までの距離Ｌ2との間にＬ1≦Ｌ2の関係が成り立ち、かつ、蒸着源３０の開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源３０の開口部３２の中心と校正用膜厚センサー１０とを結ぶ直線とでなす角度θ1と、蒸着源３０の開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源３０の開口部３２の中心とモニタ用膜厚センサー２０とを結ぶ直線とでなす角度θ2との間にθ1≦θ2の関係が成り立つ。
【解決手段】真空チャンバー５０と、基板保持機構と、蒸着源３０と、モニタ用膜厚センサー２０と、校正用膜厚センサー１０と、制御系６０と、を有し、蒸着源３０の開口部３２の中心から校正用膜厚センサー１０までの距離Ｌ1と、蒸着源３０の開口部３２の中心からモニタ用膜厚センサー２０までの距離Ｌ2との間にＬ1≦Ｌ2の関係が成り立ち、かつ、蒸着源３０の開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源３０の開口部３２の中心と校正用膜厚センサー１０とを結ぶ直線とでなす角度θ1と、蒸着源３０の開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源３０の開口部３２の中心とモニタ用膜厚センサー２０とを結ぶ直線とでなす角度θ2との間にθ1≦θ2の関係が成り立つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着装置、特に、有機ＥＬ素子を作製するための真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、一般的に、透明導電膜（例えば、インジウム錫酸化物）からなる電極と金属（例えば、Ａｌ）からなる電極との間に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層等からなる有機薄膜層が設けられてなる電子素子である。陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子が、それぞれ正孔輸送層、電子輸送層を介して発光層で再結合することで生じる励起子が基底状態に戻るときに、有機発光素子は発光する。
【０００３】
ところで有機ＥＬ素子の製造方法の一つとして真空蒸着法が知られている。例えば、有機ＥＬ素子の構成材料（蒸着材料）をルツボに入れ、真空装置内で蒸着材料の気化温度以上に加熱することで、蒸着材料の蒸気を発生させ、有機ＥＬ素子の基体となる基板に蒸着材料を堆積して有機薄膜層を形成する。
【０００４】
真空蒸着法を利用した有機ＥＬ素子の製造工程では、水晶振動子を用いた膜厚センサーにより蒸着レートをモニタし、蒸着材料の蒸発量（蒸気の発生量）を制御する方法が知られている。蒸着レートをモニタしなければ、成膜中の基板への付着量（基板上に形成される薄膜の膜厚）が不明となり、基板上での膜厚を目標とする値に合わせることが困難となるからである。
【０００５】
しかし、水晶振動子への蒸着材料の付着量が多くなるに従い、膜厚センサーが示す蒸着レート指示値と、基板上での付着量に差異が生じてくる。これは、水晶振動子に付着する蒸着材料の増加に伴い、水晶振動子の周波数が変化することに起因する。この現象は、基板に形成される薄膜の膜厚の目標値との誤差の許容範囲が狭い場合に特に問題となる。通常、有機ＥＬ素子の一層当たりの膜厚は、数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることから、膜厚の目標値との誤差の許容範囲が数ナノメートルの単位となる。そうすると、蒸着レート指示値と基板上での付着量（基板上に形成される薄膜の膜厚）の差は製造歩留り低下の要因になり得る。
【０００６】
上記の問題を解決する手段として、特許文献１にて開示される、膜厚制御用の膜厚センサーと膜厚校正用の膜厚センサーとを備えた真空蒸着装置がある。特許文献１の真空蒸着装置では、蒸着レートを一定に保つ為に、膜厚制御用の膜厚センサーの測定誤差を、膜厚校正用の膜厚センサーにて校正する。こうすることで基板への蒸着材料の付着量を安定的に目標値に収めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１２２２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１においては、蒸着源と各々のセンサーとの距離は、等距離であると示されている。しかし、一般的には蒸着源の開口部から蒸発する蒸着材料の分布が楕円球体になる（ＣＯＳ（コサイン）則に従う。）。これを考慮すると、特許文献１の真空蒸着装置のセンサーの配置は、間欠的に利用する膜厚校正用の膜厚センサーに入射する蒸着材料の付着量が少なくなる可能性があり、校正精度を高めるには不十分な構成であった。
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバーと、
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させる蒸着源と、
前記基板に前記蒸着材料を成膜する際に、センサー部に付着する前記蒸着材料の付着量を計測するためのモニタ用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される付着量を校正するための校正用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される前記蒸着材料の付着量に基づいて前記蒸着材料の蒸着レートを算出し、算出された前記蒸着レートに基づいて前記蒸着源の温度制御を行う制御系と、を有し、
前記蒸着源の開口部の中心から前記校正用膜厚センサーまでの距離Ｌ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記モニタ用膜厚センサーまでの距離Ｌ2との間にＬ1≦Ｌ2の関係が成り立ち、かつ、
前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面に下ろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記校正用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面におろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記モニタ用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ2との間にθ1≦θ2の関係が成り立つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供することができる。
【００１２】
具体的には、本発明の真空蒸着装置は、校正精度の高い位置に校正用膜厚センサーを配置して、間欠的に校正されるモニタ用膜厚センサーの計測データにより蒸着源を制御している。この構成にすることで、基板に成膜される蒸着材料の蒸着レートを高精度で管理し、有機ＥＬ素子の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の真空蒸着装置における第一の実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、真空蒸着装置の全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空蒸着装置を構成する制御系の概要を示す回路ブロック図である。
【図２】校正工程の例を示すフロー図である。
【図３】本発明の真空蒸着装置における第二の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の真空蒸着装置における第三の実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の真空蒸着装置における第四の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバーと、基板保持機構と、蒸着源と、モニタ用膜厚センサーと、校正用膜厚センサーと、制御系と、を有している。
【００１５】
ここで基板保持機構は、基板を保持するための部材である。蒸着源は、基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させるための部材である。モニタ用膜厚センサーは、基板に蒸着材料を成膜する際に、センサー部に付着する前記蒸着材料の付着量を計測するための部材である。校正用膜厚センサーは、上記モニタ用膜厚センサーによって計測される付着量を校正するための部材である。制御系は、モニタ用膜厚センサーによる計測データに基づいて蒸着源の温度制御を行うための部材である。
【００１６】
本発明の真空蒸着装置において、蒸着源の開口部の中心から校正用膜厚センサーまでの距離Ｌ1は、蒸着源の開口部の中心からモニタ用膜厚センサーまでの距離Ｌ2との間にはＬ1≦Ｌ2の関係が成り立っている。ここで距離とは、２つの部材間の直線距離をいうものである。具体的には、蒸着源（の開口部中心）とセンサー（モニタ用膜厚センサー・校正用膜厚センサー）とが特定の空間座標（ｘｙｚ空間座標）内に、それぞれ（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と（ｘ2，ｙ2，ｚ2）とに配置される場合に下記式（ｉ）内のｄで表される。
ｄ＝｛（ｘ2−ｘ1）2＋（ｙ2−ｙ1）2＋（ｚ2−ｚ1）2｝1/2 （ｉ）
【００１７】
尚、センサー側の座標である（ｘ2，ｙ2，ｚ2）は、具体的には、センサーの成膜面の中心点の座標をいうものである。
【００１８】
ここで蒸着源の開口部の中心から基板の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源の開口部の中心と校正用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度をθ1とする。一方、蒸着源の開口部の中心から基板の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源の開口部の中心とモニタ用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度をθ2とする。本発明の真空蒸着装置において、角度θ1と角度θ2との間にはθ2≧θ1の関係が成り立っている。
【実施例】
【００１９】
［実施例１］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の真空蒸着装置における第一の実施形態を示す模式図である。ここで（ａ）は、真空蒸着装置の全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空蒸着装置を構成する制御系の概要を示す回路ブロック図である。図１（ａ）の真空蒸着装置１は、真空チャンバー５０内に、校正用膜厚センサー１０と、モニタ用膜厚センサー２０と、蒸着源３０と、基板保持機構（不図示）とが所定の位置に設けられている。尚、蒸着源３０に対する校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の相対的位置については後述する。
【００２０】
図１の真空蒸着装置１において、基板保持機構は、基板４０を保持するために設けられる部材であって、マスク４１に載置された基板４０をマスク４１にて支持して保持する。制御系６０は、真空チャンバー５０の外側に設けられ、膜厚制御器６１と温度制御器６２とを有している。図１（ａ）及び（ｂ）に示されように、真空チャンバー５０内に設けられる２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０）は、膜厚制御器６１に電気接続されている。また図１（ａ）及び（ｂ）に示されように、真空チャンバー５０内に設けられる蒸着源３０は、温度制御器６２に電気接続されている。
【００２１】
蒸着源３０は、蒸着材料３１を収容するルツボと、ルツボを加熱するためのヒーターと、蓋と、蓋に備えられた開口部３２と、リフレクターと、を備えている。蒸着材料３１は、ルツボ内で加熱され、蓋に設けられた開口部３２から蒸気が放出される。蒸着源３０から発生する蒸着材料の蒸気は、マスク４１を介して成膜用の基板４０の成膜面上に付着する。これにより基板４０の所定の領域に薄膜が形成される。
【００２２】
蒸着源３０から発生する蒸着材料の蒸気が基板４０に堆積する速度（蒸着レート）は、水晶振動子を備えたモニタ用膜厚センサー２０のセンサー部（不図示）に付着する蒸着材料の付着量から算出される。モニタ用膜厚センサー２０は、センサー部に付着した蒸着材料の付着量、即ち、計測データを、膜厚制御器６１に出力する。膜厚制御器６１は、出力されたモニタ用膜厚センサー２０の計測データを基にして蒸着レートを算出し、温度制御器６２を用いて蒸着源３０のヒーターパワーを制御する。一方、モニタ用膜厚センサー２０の計測データを校正する校正値を出力するために、水晶振動子を備えた校正用膜厚センサー１０が設けられている。ここで２つのセンサー（校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０）は、蒸着源３０から発生し基板４０に向かう蒸着材料の蒸気を遮ることのない位置に配置されている。
【００２３】
ここで、開口部３２の中心点から、校正用膜厚センサー１０の成膜面の中心点までの距離をＬ1とする。一方、開口部３２の中心点から、モニタ用膜厚センサー２０の成膜面の中心点までの距離をＬ2とする。図１の真空蒸着装置１においては、Ｌ2の方がＬ1よりも長い関係（Ｌ1＜Ｌ2）になっており、Ｌ1≦Ｌ2の関係を満たしている。
【００２４】
また、開口部３２の中心点から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、開口部３２の中心点と校正用膜厚センサー１０の成膜面の中心点とを結ぶ直線とでなす角度をθ1とする。一方、開口部３２の中心点からから基板４０の成膜面に下ろした垂線と、開口部３２の中心点とモニタ用膜厚センサー２０の成膜面の中心点とを結ぶ直線とでなす角度をθ2とする。図１の真空蒸着装置１においては、θ1よりもθ2が大きい関係（θ1＜θ2）となっており、θ1≦θ2の関係を満たしている。尚、センサーの感度をよりよくするために、各膜厚センサーを設ける際には、各膜厚センサーの成膜面が当該成膜面の中心点と開口部３２の中心点とを結ぶ直線と垂直になるように、設置位置を調整するのが好ましい。
【００２５】
図１の真空蒸着装置１において、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の少なくともどちらか一方が、蒸着材料３１の蒸気を遮断するためのセンサーシャッター（不図示）を備えていてもよい。またセンサーシャッターの代わりに、蒸着材料３１の蒸気を間欠的に遮断するための蒸着量制限機構（不図示）を備えていてもよい。
【００２６】
図１の真空蒸着装置１において、真空チャンバー５０にアライメント機構（不図示）を設けておいて、高精細マスクと精密アライメント蒸着とを併用した微細パターン形成を行ってもよい。
【００２７】
真空チャンバー５０内にある空気を排気するための真空排気系（不図示）は、迅速に高真空領域まで排気できる能力を持った真空ポンプを用いた真空排気系とすることが望ましい。ここで図１の真空蒸着装置１を有機ＥＬ素子の製造に用いる場合は、ゲートバルブ（不図示）を介して他の真空装置と接続した上で、有機ＥＬ素子を作製するための様々な工程を行えばよい。ここで有機ＥＬ素子の製造装置は、様々な工程を行う真空チャンバーが複数備えてあることが望ましい。このため図１の真空蒸着装置１を構成する真空チャンバー５０は、有機ＥＬ素子の製造装置の一部材であることが望ましい。
【００２８】
蒸着源３０の蓋に設けられた開口部３２の開口面積、開口形状、材質等は個別に異なっていてもよく、開口形状は、円形、矩形、楕円形等、どのような形状でもよい。開口面積及び開口形状がそれぞれ異なることにより、基板４０上での膜厚制御性がより向上する場合がある。また同じ理由で、蒸着源３０のルツボの形状、材質等は個別に異なっていてもよい。
【００２９】
図１の真空蒸着装置１を用いて、有機発光装置に設けられる有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層を作製する例について以下に説明する。有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、これらの電極に挟まれた有機ＥＬ層と、を備えている。
【００３０】
まず蒸着源３０のルツボに、蒸着材料３１として有機ＥＬ材料であるトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3とする）を１０．０ｇ充填した。蒸着源３０のルツボに充填されたＡｌｑ3は、蒸着源３０に設けられた少なくとも一つの開口部３２を介して蒸着源３０から蒸散する。ここで蒸着源３０は、基板４０の成膜面に対向して配置されており、基板４０はマスク４１に接触して設置されている。また蒸着源３０の開口部３２の中心点から、基板４０の成膜面までの距離を３００ｍｍに設定した。
【００３１】
校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０は、基板４０に向かう蒸着源３０から発生した蒸気を遮ることのない位置に配置した。具体的には、校正用膜厚センサー１０については、Ｌ1を２００ｍｍ、θ1を３０°と設定した。一方、モニタ用膜厚センサー２０については、Ｌ2を３００ｍｍ、θ2を４５°と設定した。Ｌ1、Ｌ2、θ1、θ2は、蒸着条件によって蒸着材料の分布が異なるため、蒸着条件に応じて適宜決める必要がある。尚、校正用膜厚センサー１０の近傍にはセンサーシャッター（不図示）を設けて蒸着材料の蒸気を適宜遮断できるようにした。
【００３２】
ところで、蒸着源３０から発生する蒸着材料３１の蒸気量は、開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線との距離が近いほど多く、さらに開口部３２の中心点に近いほど多くなる。ここで上記条件に従い校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０を配置することで、モニタ用膜厚センサー２０よりも校正用膜厚センサー１０への蒸着材料３１の入射量が増す。このように校正用膜厚センサー１０への蒸着材料３１の入射量が増加することにより、基板上に成膜される薄膜膜厚との差異が小さくなり、校正用膜厚センサー１０の校正精度を向上させることができる。また、モニタ用膜厚センサー２０への蒸着材料３１の入射量が比較的少ないため、水晶振動子の周波数の変化率を小さくして長期間使用することが可能となる。
【００３３】
基板４０として、有機発光装置を駆動するための回路と第１電極が設けられた、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのガラス基板を基板ストック装置（不図示）に複数枚セットした。
【００３４】
次に、基板ストック装置内を真空排気系（不図示）により１．０×１０-4Ｐａ以下に排気した。真空チャンバー５０内も、真空排気系（不図示）により１．０×１０-4Ｐａ以下まで排気し、排気した後に蒸着源３０に備えられたヒーターで蒸着材料３１を２００℃まで加熱した。ヒーターパワーは蒸着源３０に備えられた熱電対（不図示）の温度に基づいて、温度制御器６２により制御した。
【００３５】
モニタ用膜厚センサー及び校正用膜厚センサーを実際の成膜に使用する前に、各膜厚モニタによって算出される膜厚値と基板に成膜される膜厚の実測値との差異を補正するための校正係数をあらかじめ求めておく必要がある。そこで、モニタ用膜厚センサー２０において、蒸着レートが膜厚制御器６１での指示値で１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着材料３１を加熱した。蒸着レートは、モニタ用膜厚センサー２０からの信号を膜厚制御器６１が受け取って蒸着レート値に換算し、膜厚制御器６１の表示部に出力する。さらに、膜厚制御器６１は、目標とする蒸着レートと実際にモニタ用膜厚センサーに付着した蒸着材料の量から換算した蒸着レートとの差を算出する。そして、この差を低減するための信号を、温度制御器６２へ送り、蒸着源３０へのヒーターパワーを制御する。
【００３６】
モニタ用膜厚センサー２０において、蒸着レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃとなったところで、基板ストック装置（不図示）から基板搬送機構（不図示）を用いて、ゲートバルブ（不図示）を介して真空チャンバー５０へ基板４０を１枚搬入し、成膜を行った。モニタ用膜厚センサー２０上に堆積される薄膜の膜厚が１００ｎｍとなるまで成膜を行い、成膜を終えた基板４０を直ちに真空チャンバー５０から搬出した。成膜された基板４０の膜厚を、エリプソメーターで測定し、モニタ用膜厚センサー２０上に堆積した薄膜の膜厚値と比較し、新しいモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ｂ２を下記に示す数式（１）で算出した。
ｂ2＝ｂ1×（ｔ1／ｔ2） （１）
【００３７】
式（１）において、ｔ1は、基板４０上の薄膜の膜厚を表し、ｔ2は、目標膜厚（ここでは１００ｎｍ）を表す。また式（１）において、ｂ1は、あらかじめ装置に設定されていた成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を表し、ｂ2は、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を表す。
【００３８】
式（１）で示される蒸気数式を利用することで、基板４０上の薄膜の膜厚とモニタ用膜厚センサー２０上の膜厚を合わせることができる。
【００３９】
基板４０上の膜厚と校正用膜厚センサー１０についても、モニタ用膜厚センサー２０と同様の方法で校正係数を求めることができる。具体的には、基板４０への成膜工程時に校正用膜厚センサー１０のセンサーシャッター（不図示）を開き、モニタ用膜厚センサー２０と同様に上記の算出式（式（１））で膜厚を合わせる。ここで校正用膜厚センサー１０の場合では、ｂ1をｂ1’（あらかじめ装置に設定されていた校正用膜厚センサー１０の校正係数）、ｂ2をｂ2’（校正用膜厚センサー１０の新しい校正係数）に置き換える。尚、成膜が完了した後は、開いているセンサーシャッター（不図示）を閉じておく。
【００４０】
上記方法にて得られたモニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を、膜厚制御器６１を介して成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数と置き換え、引き続き、蒸着レートが再び１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着材料３１を加熱した。そして、校正用膜厚センサー１０の新しい校正係数も、膜厚制御器６１を介して成膜時の校正用膜厚センサー１０の校正係数と置き換える。
【００４１】
以上に示す校正係数を算出する工程を、同じ成膜条件下で基板４０上に成膜される薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０に付着する膜厚との差が±２．０％以内となるまで繰り返し行った。
【００４２】
次に、モニタ用膜厚センサー２０を用いて蒸着レートを１．０ｎｍ／ｓｅｃに保ち、基板ストック装置から１枚ずつ基板４０を連続的に搬入して基板４０に成膜を行った。その間、モニタ用膜厚センサー２０の水晶振動子の周波数が０．０１５ＭＨｚ低下する毎に搬入された基板４０は膜厚モニタ用として成膜を行った。膜厚モニタ用の基板４０への成膜を行う前に、校正用膜厚センサー１０の近傍に設けられたセンサーシャッター（不図示）を開き、校正用膜厚センサー１０によって計測された蒸着レートに基づく校正値を求めた。この校正値により、モニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートを校正した。
【００４３】
以下、図面を参照しながら、モニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートの校正を行う工程（校正工程）の具体例について説明する。図２は、校正工程の例を示すフロー図である。本実施例では、図２のフロー図に従って校正工程を行った。
【００４４】
まず、モニタ用膜厚センサー２０及び校正用膜厚センサー１０に、それぞれＡｌｑ3の薄膜（蒸着膜）を堆積させた。このとき膜厚制御器６１を用いて各センサーに付着した薄膜の膜厚を換算した。次に、モニタ用膜厚センサー２０に付着する薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０に付着する薄膜の膜厚とを比較し、新しいモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ａ２を下記に示す数式（２）で算出した。
ａ2＝ａ1×（Ｔ1／Ｔ2） （２）
【００４５】
式（２）において、ａ1は、成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を表し、ａ2は、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を表す。Ｔ1は、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚を表し、Ｔ2は、モニタ用膜厚センサー２０上の薄膜の膜厚を表す。
【００４６】
ここで、Ｔ1及びＴ2が同じ時間で付着した膜厚とすると、上記式（２）に基づいて、モニタ用膜厚センサー２０上の薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚を合わせることができる。以上に説明した校正工程を実施することで、モニタ用膜厚センサー２０の周波数減衰に伴う蒸着レートの誤差を校正することができる。
【００４７】
尚、校正用膜厚センサー１０の近傍に設けられるセンサーシャッター（不図示）は、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚（Ｔ1）を換算した後に閉じられる。そしてモニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ａ2を、膜厚制御器６０の成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ａ1と置き換えて、この校正係数（ａ2）を、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ａ1とする。
【００４８】
次に、新たなモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を膜厚制御器６０に入力した後、蒸着レートが目標レートの１．０ｎｍ／ｓｅｃになるよう、蒸着源３０を温度制御器６１で制御した。そしてモニタ用膜厚センサー２０にて、目標レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃになった後、基板４０への成膜を実施した。上記の成膜をモニタ用の基板４０が１０枚になるまで繰り返し行った。
【００４９】
上記の方法で成膜によって得られた１０枚の膜厚モニタ用の基板４０の中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定した。その結果、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚は１００ｎｍ±２．０％以内の範囲にあった。これは、モニタ用膜厚センサー２０への蒸着材料３１の付着に伴い、水晶振動子の周波数が減衰し、目標膜厚から外れていく現象を、校正精度の高い位置に配置された校正用膜厚センサー１０によって改善できたことを示している。このことから、長期間にわたってＡｌｑ3膜を目標膜厚に対して精度良く成膜できていたことが判った。膜厚モニタ用の基板以外の基板は、第２電極を形成した後、有機ＥＬ素子をガラスからなる封止部材で覆い、有機発光装置とした。得られた複数の有機発光装置の間で輝度ずれや色ずれは観察されなかった。
【００５０】
以上より、有機ＥＬ素子を製造するにあたって、本実施例における真空蒸着装置を使用して有機ＥＬ素子を構成する薄膜を形成することにより、長期にわたって各層の膜厚が制御された有機ＥＬ素子を製造することができる。その結果、収率良く有機発光装置を製造することができる。
【００５１】
本実施例においては、蒸着源３０として図１に示す構成を用いたが、これに限定されるものではない。またマスク４１に高精細マスクを用いる場合は、アライメントステージを併用して高精細マスク蒸着を行ってもよいし、精密アライメント蒸着による微細パターン形成を行ってもよい。
【００５２】
［比較例１］
実施例１の効果を検証するために、特許文献１に示される従来の真空蒸着装置で成膜した場合の比較実験を行った。本比較例では、特許文献１の図を考慮して、Ｌ1＝Ｌ2かつθ1＞θ2となるように校正用膜厚センサー及びモニタ用膜厚センサーをそれぞれ配置した。この構成で、真空チャンバー内の被成膜物に向けて、蒸着源からＡｌｑ3の蒸気を発生させ、モニタ用膜厚センサーにおいて蒸着レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着源を加熱した。基板への成膜方法は、本発明と同じ方法で行い、１０枚の膜厚モニタ用の基板の中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定したところ、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚が±２．０％の範囲に入らない場合があった。これは校正用膜厚センサーに入射する蒸着材料の量が少ないため、モニタ用膜厚センサーを精度良く校正できない場合があったためと考えられる。これらの結果より、基板上に一定の膜厚で蒸着材料を成膜するに当って、従来の真空蒸着装置よりも、本発明の真空蒸着装置が優れていることがわかった。
【００５３】
［実施例２］
ところで実施例１においては、モニタ用膜厚センサー２０の水晶振動子の周波数が０．０１５ＭＨｚ低下する毎に成膜前の校正工程及びモニタ用の基板への成膜を実施したが、これに限定されるものではない。また、各膜厚センサーの配置は、Ｌ1≦Ｌ2かつθ1≦θ2の関係を満たしていればよく、図１の真空蒸着装置１のように、Ｌ1＜Ｌ2かつθ1＜θ2の関係を満たすような形態に限定されるものではない。
【００５４】
図３は、本発明の真空蒸着装置における第二の実施形態を示す模式図である。図３の真空蒸着装置２は、実施例１と同様の蒸着条件で成膜する場合において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）が、Ｌ1＝Ｌ2（＝２００ｍｍ）かつθ1＝θ2（＝３０°）の関係を満たしている形態である。尚、図３の真空蒸着装置２において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）は、開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線をはさんで対向するように配置されている。ただし本発明において２種類のセンサーの配置位置はこれに限定されるものではない。
【００５５】
［実施例３］
図４は、本発明の真空蒸着装置における第三の実施形態を示す模式図である。図４の真空蒸着装置３は、実施例１と同様の蒸着条件で成膜する場合において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）が、Ｌ1（＝２００ｍｍ）＜Ｌ2（＝３００ｍｍ）かつθ1＝θ2（＝３０°）の関係を満たしている形態である。
【００５６】
［実施例４］
図５は、本発明の真空蒸着装置における第四の実施形態を示す模式図である。図５の真空蒸着装置４は、実施例１と同様の蒸着条件で成膜する場合において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）が、Ｌ1＝Ｌ2（＝２００ｍｍ）かつθ1（＝３０°）＜θ2（＝４０°）の関係を満たしている形態である。
【００５７】
図１及び図３乃至図５のいずれの真空蒸着装置においても、校正用膜厚センサー１０への蒸着材料の入射量が増すので、校正精度を向上させることができる。また実施例１と同様に、実施例２乃至４の真空蒸着装置においても校正用膜厚センサー及びモニタ用膜厚センサーのいずれか一方が、蒸着材料の蒸気を遮断するためのセンサーシャッターを備えていてもよい。また、センサーシャッターの代わりに、蒸着材料の蒸気を間欠的に遮断するための蒸着量制限機構を備えていてもよい。また基板４０、校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０の膜厚値を合わせるのに必要な校正係数を算出する工程は、実施例１の方法に限らず、各膜厚値が目標範囲内におさまればよい。例えば、予め基板４０とモニタ用膜厚センサー２０の膜厚値を合わせ、次にモニタ用膜厚センサー２０と校正用膜厚センサー１０の膜厚値を合わせる方法を採用してもよい。また、基板４０を保持する基板保持機構（不図示）が、蒸着材料の蒸気を遮断するためのシャッターを備えていてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１（２，３，４）：真空蒸着装置、１０：校正用膜厚センサー、２０：モニタ用膜厚センサー、３０：蒸着源、３１：蒸着材料、３２：（蒸着源の）開口部、４０：基板、４１：マスク、５０：真空チャンバー、６０：制御系、６１：膜厚制御器、６２：温度制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着装置、特に、有機ＥＬ素子を作製するための真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、一般的に、透明導電膜（例えば、インジウム錫酸化物）からなる電極と金属（例えば、Ａｌ）からなる電極との間に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層等からなる有機薄膜層が設けられてなる電子素子である。陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子が、それぞれ正孔輸送層、電子輸送層を介して発光層で再結合することで生じる励起子が基底状態に戻るときに、有機発光素子は発光する。
【０００３】
ところで有機ＥＬ素子の製造方法の一つとして真空蒸着法が知られている。例えば、有機ＥＬ素子の構成材料（蒸着材料）をルツボに入れ、真空装置内で蒸着材料の気化温度以上に加熱することで、蒸着材料の蒸気を発生させ、有機ＥＬ素子の基体となる基板に蒸着材料を堆積して有機薄膜層を形成する。
【０００４】
真空蒸着法を利用した有機ＥＬ素子の製造工程では、水晶振動子を用いた膜厚センサーにより蒸着レートをモニタし、蒸着材料の蒸発量（蒸気の発生量）を制御する方法が知られている。蒸着レートをモニタしなければ、成膜中の基板への付着量（基板上に形成される薄膜の膜厚）が不明となり、基板上での膜厚を目標とする値に合わせることが困難となるからである。
【０００５】
しかし、水晶振動子への蒸着材料の付着量が多くなるに従い、膜厚センサーが示す蒸着レート指示値と、基板上での付着量に差異が生じてくる。これは、水晶振動子に付着する蒸着材料の増加に伴い、水晶振動子の周波数が変化することに起因する。この現象は、基板に形成される薄膜の膜厚の目標値との誤差の許容範囲が狭い場合に特に問題となる。通常、有機ＥＬ素子の一層当たりの膜厚は、数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることから、膜厚の目標値との誤差の許容範囲が数ナノメートルの単位となる。そうすると、蒸着レート指示値と基板上での付着量（基板上に形成される薄膜の膜厚）の差は製造歩留り低下の要因になり得る。
【０００６】
上記の問題を解決する手段として、特許文献１にて開示される、膜厚制御用の膜厚センサーと膜厚校正用の膜厚センサーとを備えた真空蒸着装置がある。特許文献１の真空蒸着装置では、蒸着レートを一定に保つ為に、膜厚制御用の膜厚センサーの測定誤差を、膜厚校正用の膜厚センサーにて校正する。こうすることで基板への蒸着材料の付着量を安定的に目標値に収めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１２２２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１においては、蒸着源と各々のセンサーとの距離は、等距離であると示されている。しかし、一般的には蒸着源の開口部から蒸発する蒸着材料の分布が楕円球体になる（ＣＯＳ（コサイン）則に従う。）。これを考慮すると、特許文献１の真空蒸着装置のセンサーの配置は、間欠的に利用する膜厚校正用の膜厚センサーに入射する蒸着材料の付着量が少なくなる可能性があり、校正精度を高めるには不十分な構成であった。
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバーと、
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させる蒸着源と、
前記基板に前記蒸着材料を成膜する際に、センサー部に付着する前記蒸着材料の付着量を計測するためのモニタ用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される付着量を校正するための校正用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される前記蒸着材料の付着量に基づいて前記蒸着材料の蒸着レートを算出し、算出された前記蒸着レートに基づいて前記蒸着源の温度制御を行う制御系と、を有し、
前記蒸着源の開口部の中心から前記校正用膜厚センサーまでの距離Ｌ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記モニタ用膜厚センサーまでの距離Ｌ2との間にＬ1≦Ｌ2の関係が成り立ち、かつ、
前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面に下ろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記校正用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面におろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記モニタ用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ2との間にθ1≦θ2の関係が成り立つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蒸着レートを正確に計測し、より高精度の膜厚制御を行うことを可能にする真空蒸着装置を提供することができる。
【００１２】
具体的には、本発明の真空蒸着装置は、校正精度の高い位置に校正用膜厚センサーを配置して、間欠的に校正されるモニタ用膜厚センサーの計測データにより蒸着源を制御している。この構成にすることで、基板に成膜される蒸着材料の蒸着レートを高精度で管理し、有機ＥＬ素子の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の真空蒸着装置における第一の実施形態を示す模式図であり、（ａ）は、真空蒸着装置の全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空蒸着装置を構成する制御系の概要を示す回路ブロック図である。
【図２】校正工程の例を示すフロー図である。
【図３】本発明の真空蒸着装置における第二の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明の真空蒸着装置における第三の実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の真空蒸着装置における第四の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバーと、基板保持機構と、蒸着源と、モニタ用膜厚センサーと、校正用膜厚センサーと、制御系と、を有している。
【００１５】
ここで基板保持機構は、基板を保持するための部材である。蒸着源は、基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させるための部材である。モニタ用膜厚センサーは、基板に蒸着材料を成膜する際に、センサー部に付着する前記蒸着材料の付着量を計測するための部材である。校正用膜厚センサーは、上記モニタ用膜厚センサーによって計測される付着量を校正するための部材である。制御系は、モニタ用膜厚センサーによる計測データに基づいて蒸着源の温度制御を行うための部材である。
【００１６】
本発明の真空蒸着装置において、蒸着源の開口部の中心から校正用膜厚センサーまでの距離Ｌ1は、蒸着源の開口部の中心からモニタ用膜厚センサーまでの距離Ｌ2との間にはＬ1≦Ｌ2の関係が成り立っている。ここで距離とは、２つの部材間の直線距離をいうものである。具体的には、蒸着源（の開口部中心）とセンサー（モニタ用膜厚センサー・校正用膜厚センサー）とが特定の空間座標（ｘｙｚ空間座標）内に、それぞれ（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と（ｘ2，ｙ2，ｚ2）とに配置される場合に下記式（ｉ）内のｄで表される。
ｄ＝｛（ｘ2−ｘ1）2＋（ｙ2−ｙ1）2＋（ｚ2−ｚ1）2｝1/2 （ｉ）
【００１７】
尚、センサー側の座標である（ｘ2，ｙ2，ｚ2）は、具体的には、センサーの成膜面の中心点の座標をいうものである。
【００１８】
ここで蒸着源の開口部の中心から基板の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源の開口部の中心と校正用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度をθ1とする。一方、蒸着源の開口部の中心から基板の成膜面に下ろした垂線と、蒸着源の開口部の中心とモニタ用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度をθ2とする。本発明の真空蒸着装置において、角度θ1と角度θ2との間にはθ2≧θ1の関係が成り立っている。
【実施例】
【００１９】
［実施例１］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の真空蒸着装置における第一の実施形態を示す模式図である。ここで（ａ）は、真空蒸着装置の全体を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空蒸着装置を構成する制御系の概要を示す回路ブロック図である。図１（ａ）の真空蒸着装置１は、真空チャンバー５０内に、校正用膜厚センサー１０と、モニタ用膜厚センサー２０と、蒸着源３０と、基板保持機構（不図示）とが所定の位置に設けられている。尚、蒸着源３０に対する校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の相対的位置については後述する。
【００２０】
図１の真空蒸着装置１において、基板保持機構は、基板４０を保持するために設けられる部材であって、マスク４１に載置された基板４０をマスク４１にて支持して保持する。制御系６０は、真空チャンバー５０の外側に設けられ、膜厚制御器６１と温度制御器６２とを有している。図１（ａ）及び（ｂ）に示されように、真空チャンバー５０内に設けられる２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０）は、膜厚制御器６１に電気接続されている。また図１（ａ）及び（ｂ）に示されように、真空チャンバー５０内に設けられる蒸着源３０は、温度制御器６２に電気接続されている。
【００２１】
蒸着源３０は、蒸着材料３１を収容するルツボと、ルツボを加熱するためのヒーターと、蓋と、蓋に備えられた開口部３２と、リフレクターと、を備えている。蒸着材料３１は、ルツボ内で加熱され、蓋に設けられた開口部３２から蒸気が放出される。蒸着源３０から発生する蒸着材料の蒸気は、マスク４１を介して成膜用の基板４０の成膜面上に付着する。これにより基板４０の所定の領域に薄膜が形成される。
【００２２】
蒸着源３０から発生する蒸着材料の蒸気が基板４０に堆積する速度（蒸着レート）は、水晶振動子を備えたモニタ用膜厚センサー２０のセンサー部（不図示）に付着する蒸着材料の付着量から算出される。モニタ用膜厚センサー２０は、センサー部に付着した蒸着材料の付着量、即ち、計測データを、膜厚制御器６１に出力する。膜厚制御器６１は、出力されたモニタ用膜厚センサー２０の計測データを基にして蒸着レートを算出し、温度制御器６２を用いて蒸着源３０のヒーターパワーを制御する。一方、モニタ用膜厚センサー２０の計測データを校正する校正値を出力するために、水晶振動子を備えた校正用膜厚センサー１０が設けられている。ここで２つのセンサー（校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０）は、蒸着源３０から発生し基板４０に向かう蒸着材料の蒸気を遮ることのない位置に配置されている。
【００２３】
ここで、開口部３２の中心点から、校正用膜厚センサー１０の成膜面の中心点までの距離をＬ1とする。一方、開口部３２の中心点から、モニタ用膜厚センサー２０の成膜面の中心点までの距離をＬ2とする。図１の真空蒸着装置１においては、Ｌ2の方がＬ1よりも長い関係（Ｌ1＜Ｌ2）になっており、Ｌ1≦Ｌ2の関係を満たしている。
【００２４】
また、開口部３２の中心点から基板４０の成膜面に下ろした垂線と、開口部３２の中心点と校正用膜厚センサー１０の成膜面の中心点とを結ぶ直線とでなす角度をθ1とする。一方、開口部３２の中心点からから基板４０の成膜面に下ろした垂線と、開口部３２の中心点とモニタ用膜厚センサー２０の成膜面の中心点とを結ぶ直線とでなす角度をθ2とする。図１の真空蒸着装置１においては、θ1よりもθ2が大きい関係（θ1＜θ2）となっており、θ1≦θ2の関係を満たしている。尚、センサーの感度をよりよくするために、各膜厚センサーを設ける際には、各膜厚センサーの成膜面が当該成膜面の中心点と開口部３２の中心点とを結ぶ直線と垂直になるように、設置位置を調整するのが好ましい。
【００２５】
図１の真空蒸着装置１において、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０の少なくともどちらか一方が、蒸着材料３１の蒸気を遮断するためのセンサーシャッター（不図示）を備えていてもよい。またセンサーシャッターの代わりに、蒸着材料３１の蒸気を間欠的に遮断するための蒸着量制限機構（不図示）を備えていてもよい。
【００２６】
図１の真空蒸着装置１において、真空チャンバー５０にアライメント機構（不図示）を設けておいて、高精細マスクと精密アライメント蒸着とを併用した微細パターン形成を行ってもよい。
【００２７】
真空チャンバー５０内にある空気を排気するための真空排気系（不図示）は、迅速に高真空領域まで排気できる能力を持った真空ポンプを用いた真空排気系とすることが望ましい。ここで図１の真空蒸着装置１を有機ＥＬ素子の製造に用いる場合は、ゲートバルブ（不図示）を介して他の真空装置と接続した上で、有機ＥＬ素子を作製するための様々な工程を行えばよい。ここで有機ＥＬ素子の製造装置は、様々な工程を行う真空チャンバーが複数備えてあることが望ましい。このため図１の真空蒸着装置１を構成する真空チャンバー５０は、有機ＥＬ素子の製造装置の一部材であることが望ましい。
【００２８】
蒸着源３０の蓋に設けられた開口部３２の開口面積、開口形状、材質等は個別に異なっていてもよく、開口形状は、円形、矩形、楕円形等、どのような形状でもよい。開口面積及び開口形状がそれぞれ異なることにより、基板４０上での膜厚制御性がより向上する場合がある。また同じ理由で、蒸着源３０のルツボの形状、材質等は個別に異なっていてもよい。
【００２９】
図１の真空蒸着装置１を用いて、有機発光装置に設けられる有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層を作製する例について以下に説明する。有機ＥＬ素子は、第１電極と、第２電極と、これらの電極に挟まれた有機ＥＬ層と、を備えている。
【００３０】
まず蒸着源３０のルツボに、蒸着材料３１として有機ＥＬ材料であるトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3とする）を１０．０ｇ充填した。蒸着源３０のルツボに充填されたＡｌｑ3は、蒸着源３０に設けられた少なくとも一つの開口部３２を介して蒸着源３０から蒸散する。ここで蒸着源３０は、基板４０の成膜面に対向して配置されており、基板４０はマスク４１に接触して設置されている。また蒸着源３０の開口部３２の中心点から、基板４０の成膜面までの距離を３００ｍｍに設定した。
【００３１】
校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０は、基板４０に向かう蒸着源３０から発生した蒸気を遮ることのない位置に配置した。具体的には、校正用膜厚センサー１０については、Ｌ1を２００ｍｍ、θ1を３０°と設定した。一方、モニタ用膜厚センサー２０については、Ｌ2を３００ｍｍ、θ2を４５°と設定した。Ｌ1、Ｌ2、θ1、θ2は、蒸着条件によって蒸着材料の分布が異なるため、蒸着条件に応じて適宜決める必要がある。尚、校正用膜厚センサー１０の近傍にはセンサーシャッター（不図示）を設けて蒸着材料の蒸気を適宜遮断できるようにした。
【００３２】
ところで、蒸着源３０から発生する蒸着材料３１の蒸気量は、開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線との距離が近いほど多く、さらに開口部３２の中心点に近いほど多くなる。ここで上記条件に従い校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０を配置することで、モニタ用膜厚センサー２０よりも校正用膜厚センサー１０への蒸着材料３１の入射量が増す。このように校正用膜厚センサー１０への蒸着材料３１の入射量が増加することにより、基板上に成膜される薄膜膜厚との差異が小さくなり、校正用膜厚センサー１０の校正精度を向上させることができる。また、モニタ用膜厚センサー２０への蒸着材料３１の入射量が比較的少ないため、水晶振動子の周波数の変化率を小さくして長期間使用することが可能となる。
【００３３】
基板４０として、有機発光装置を駆動するための回路と第１電極が設けられた、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのガラス基板を基板ストック装置（不図示）に複数枚セットした。
【００３４】
次に、基板ストック装置内を真空排気系（不図示）により１．０×１０-4Ｐａ以下に排気した。真空チャンバー５０内も、真空排気系（不図示）により１．０×１０-4Ｐａ以下まで排気し、排気した後に蒸着源３０に備えられたヒーターで蒸着材料３１を２００℃まで加熱した。ヒーターパワーは蒸着源３０に備えられた熱電対（不図示）の温度に基づいて、温度制御器６２により制御した。
【００３５】
モニタ用膜厚センサー及び校正用膜厚センサーを実際の成膜に使用する前に、各膜厚モニタによって算出される膜厚値と基板に成膜される膜厚の実測値との差異を補正するための校正係数をあらかじめ求めておく必要がある。そこで、モニタ用膜厚センサー２０において、蒸着レートが膜厚制御器６１での指示値で１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着材料３１を加熱した。蒸着レートは、モニタ用膜厚センサー２０からの信号を膜厚制御器６１が受け取って蒸着レート値に換算し、膜厚制御器６１の表示部に出力する。さらに、膜厚制御器６１は、目標とする蒸着レートと実際にモニタ用膜厚センサーに付着した蒸着材料の量から換算した蒸着レートとの差を算出する。そして、この差を低減するための信号を、温度制御器６２へ送り、蒸着源３０へのヒーターパワーを制御する。
【００３６】
モニタ用膜厚センサー２０において、蒸着レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃとなったところで、基板ストック装置（不図示）から基板搬送機構（不図示）を用いて、ゲートバルブ（不図示）を介して真空チャンバー５０へ基板４０を１枚搬入し、成膜を行った。モニタ用膜厚センサー２０上に堆積される薄膜の膜厚が１００ｎｍとなるまで成膜を行い、成膜を終えた基板４０を直ちに真空チャンバー５０から搬出した。成膜された基板４０の膜厚を、エリプソメーターで測定し、モニタ用膜厚センサー２０上に堆積した薄膜の膜厚値と比較し、新しいモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ｂ２を下記に示す数式（１）で算出した。
ｂ2＝ｂ1×（ｔ1／ｔ2） （１）
【００３７】
式（１）において、ｔ1は、基板４０上の薄膜の膜厚を表し、ｔ2は、目標膜厚（ここでは１００ｎｍ）を表す。また式（１）において、ｂ1は、あらかじめ装置に設定されていた成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を表し、ｂ2は、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を表す。
【００３８】
式（１）で示される蒸気数式を利用することで、基板４０上の薄膜の膜厚とモニタ用膜厚センサー２０上の膜厚を合わせることができる。
【００３９】
基板４０上の膜厚と校正用膜厚センサー１０についても、モニタ用膜厚センサー２０と同様の方法で校正係数を求めることができる。具体的には、基板４０への成膜工程時に校正用膜厚センサー１０のセンサーシャッター（不図示）を開き、モニタ用膜厚センサー２０と同様に上記の算出式（式（１））で膜厚を合わせる。ここで校正用膜厚センサー１０の場合では、ｂ1をｂ1’（あらかじめ装置に設定されていた校正用膜厚センサー１０の校正係数）、ｂ2をｂ2’（校正用膜厚センサー１０の新しい校正係数）に置き換える。尚、成膜が完了した後は、開いているセンサーシャッター（不図示）を閉じておく。
【００４０】
上記方法にて得られたモニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を、膜厚制御器６１を介して成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数と置き換え、引き続き、蒸着レートが再び１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着材料３１を加熱した。そして、校正用膜厚センサー１０の新しい校正係数も、膜厚制御器６１を介して成膜時の校正用膜厚センサー１０の校正係数と置き換える。
【００４１】
以上に示す校正係数を算出する工程を、同じ成膜条件下で基板４０上に成膜される薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０に付着する膜厚との差が±２．０％以内となるまで繰り返し行った。
【００４２】
次に、モニタ用膜厚センサー２０を用いて蒸着レートを１．０ｎｍ／ｓｅｃに保ち、基板ストック装置から１枚ずつ基板４０を連続的に搬入して基板４０に成膜を行った。その間、モニタ用膜厚センサー２０の水晶振動子の周波数が０．０１５ＭＨｚ低下する毎に搬入された基板４０は膜厚モニタ用として成膜を行った。膜厚モニタ用の基板４０への成膜を行う前に、校正用膜厚センサー１０の近傍に設けられたセンサーシャッター（不図示）を開き、校正用膜厚センサー１０によって計測された蒸着レートに基づく校正値を求めた。この校正値により、モニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートを校正した。
【００４３】
以下、図面を参照しながら、モニタ用膜厚センサー２０の蒸着レートの校正を行う工程（校正工程）の具体例について説明する。図２は、校正工程の例を示すフロー図である。本実施例では、図２のフロー図に従って校正工程を行った。
【００４４】
まず、モニタ用膜厚センサー２０及び校正用膜厚センサー１０に、それぞれＡｌｑ3の薄膜（蒸着膜）を堆積させた。このとき膜厚制御器６１を用いて各センサーに付着した薄膜の膜厚を換算した。次に、モニタ用膜厚センサー２０に付着する薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０に付着する薄膜の膜厚とを比較し、新しいモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ａ２を下記に示す数式（２）で算出した。
ａ2＝ａ1×（Ｔ1／Ｔ2） （２）
【００４５】
式（２）において、ａ1は、成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を表し、ａ2は、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数を表す。Ｔ1は、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚を表し、Ｔ2は、モニタ用膜厚センサー２０上の薄膜の膜厚を表す。
【００４６】
ここで、Ｔ1及びＴ2が同じ時間で付着した膜厚とすると、上記式（２）に基づいて、モニタ用膜厚センサー２０上の薄膜の膜厚と、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚を合わせることができる。以上に説明した校正工程を実施することで、モニタ用膜厚センサー２０の周波数減衰に伴う蒸着レートの誤差を校正することができる。
【００４７】
尚、校正用膜厚センサー１０の近傍に設けられるセンサーシャッター（不図示）は、校正用膜厚センサー１０上の薄膜の膜厚（Ｔ1）を換算した後に閉じられる。そしてモニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ａ2を、膜厚制御器６０の成膜時のモニタ用膜厚センサー２０の校正係数ａ1と置き換えて、この校正係数（ａ2）を、モニタ用膜厚センサー２０の新しい校正係数ａ1とする。
【００４８】
次に、新たなモニタ用膜厚センサー２０の校正係数を膜厚制御器６０に入力した後、蒸着レートが目標レートの１．０ｎｍ／ｓｅｃになるよう、蒸着源３０を温度制御器６１で制御した。そしてモニタ用膜厚センサー２０にて、目標レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃになった後、基板４０への成膜を実施した。上記の成膜をモニタ用の基板４０が１０枚になるまで繰り返し行った。
【００４９】
上記の方法で成膜によって得られた１０枚の膜厚モニタ用の基板４０の中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定した。その結果、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚は１００ｎｍ±２．０％以内の範囲にあった。これは、モニタ用膜厚センサー２０への蒸着材料３１の付着に伴い、水晶振動子の周波数が減衰し、目標膜厚から外れていく現象を、校正精度の高い位置に配置された校正用膜厚センサー１０によって改善できたことを示している。このことから、長期間にわたってＡｌｑ3膜を目標膜厚に対して精度良く成膜できていたことが判った。膜厚モニタ用の基板以外の基板は、第２電極を形成した後、有機ＥＬ素子をガラスからなる封止部材で覆い、有機発光装置とした。得られた複数の有機発光装置の間で輝度ずれや色ずれは観察されなかった。
【００５０】
以上より、有機ＥＬ素子を製造するにあたって、本実施例における真空蒸着装置を使用して有機ＥＬ素子を構成する薄膜を形成することにより、長期にわたって各層の膜厚が制御された有機ＥＬ素子を製造することができる。その結果、収率良く有機発光装置を製造することができる。
【００５１】
本実施例においては、蒸着源３０として図１に示す構成を用いたが、これに限定されるものではない。またマスク４１に高精細マスクを用いる場合は、アライメントステージを併用して高精細マスク蒸着を行ってもよいし、精密アライメント蒸着による微細パターン形成を行ってもよい。
【００５２】
［比較例１］
実施例１の効果を検証するために、特許文献１に示される従来の真空蒸着装置で成膜した場合の比較実験を行った。本比較例では、特許文献１の図を考慮して、Ｌ1＝Ｌ2かつθ1＞θ2となるように校正用膜厚センサー及びモニタ用膜厚センサーをそれぞれ配置した。この構成で、真空チャンバー内の被成膜物に向けて、蒸着源からＡｌｑ3の蒸気を発生させ、モニタ用膜厚センサーにおいて蒸着レートが１．０ｎｍ／ｓｅｃとなる温度まで蒸着源を加熱した。基板への成膜方法は、本発明と同じ方法で行い、１０枚の膜厚モニタ用の基板の中央部付近の膜厚をエリプソメーターにより測定したところ、目標膜厚１００ｎｍに対して、測定膜厚が±２．０％の範囲に入らない場合があった。これは校正用膜厚センサーに入射する蒸着材料の量が少ないため、モニタ用膜厚センサーを精度良く校正できない場合があったためと考えられる。これらの結果より、基板上に一定の膜厚で蒸着材料を成膜するに当って、従来の真空蒸着装置よりも、本発明の真空蒸着装置が優れていることがわかった。
【００５３】
［実施例２］
ところで実施例１においては、モニタ用膜厚センサー２０の水晶振動子の周波数が０．０１５ＭＨｚ低下する毎に成膜前の校正工程及びモニタ用の基板への成膜を実施したが、これに限定されるものではない。また、各膜厚センサーの配置は、Ｌ1≦Ｌ2かつθ1≦θ2の関係を満たしていればよく、図１の真空蒸着装置１のように、Ｌ1＜Ｌ2かつθ1＜θ2の関係を満たすような形態に限定されるものではない。
【００５４】
図３は、本発明の真空蒸着装置における第二の実施形態を示す模式図である。図３の真空蒸着装置２は、実施例１と同様の蒸着条件で成膜する場合において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）が、Ｌ1＝Ｌ2（＝２００ｍｍ）かつθ1＝θ2（＝３０°）の関係を満たしている形態である。尚、図３の真空蒸着装置２において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）は、開口部３２の中心から基板４０の成膜面に下ろした垂線をはさんで対向するように配置されている。ただし本発明において２種類のセンサーの配置位置はこれに限定されるものではない。
【００５５】
［実施例３］
図４は、本発明の真空蒸着装置における第三の実施形態を示す模式図である。図４の真空蒸着装置３は、実施例１と同様の蒸着条件で成膜する場合において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）が、Ｌ1（＝２００ｍｍ）＜Ｌ2（＝３００ｍｍ）かつθ1＝θ2（＝３０°）の関係を満たしている形態である。
【００５６】
［実施例４］
図５は、本発明の真空蒸着装置における第四の実施形態を示す模式図である。図５の真空蒸着装置４は、実施例１と同様の蒸着条件で成膜する場合において、２種類のセンサー（校正用膜厚センサー１０及びモニタ用膜厚センサー２０）が、Ｌ1＝Ｌ2（＝２００ｍｍ）かつθ1（＝３０°）＜θ2（＝４０°）の関係を満たしている形態である。
【００５７】
図１及び図３乃至図５のいずれの真空蒸着装置においても、校正用膜厚センサー１０への蒸着材料の入射量が増すので、校正精度を向上させることができる。また実施例１と同様に、実施例２乃至４の真空蒸着装置においても校正用膜厚センサー及びモニタ用膜厚センサーのいずれか一方が、蒸着材料の蒸気を遮断するためのセンサーシャッターを備えていてもよい。また、センサーシャッターの代わりに、蒸着材料の蒸気を間欠的に遮断するための蒸着量制限機構を備えていてもよい。また基板４０、校正用膜厚センサー１０、モニタ用膜厚センサー２０の膜厚値を合わせるのに必要な校正係数を算出する工程は、実施例１の方法に限らず、各膜厚値が目標範囲内におさまればよい。例えば、予め基板４０とモニタ用膜厚センサー２０の膜厚値を合わせ、次にモニタ用膜厚センサー２０と校正用膜厚センサー１０の膜厚値を合わせる方法を採用してもよい。また、基板４０を保持する基板保持機構（不図示）が、蒸着材料の蒸気を遮断するためのシャッターを備えていてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１（２，３，４）：真空蒸着装置、１０：校正用膜厚センサー、２０：モニタ用膜厚センサー、３０：蒸着源、３１：蒸着材料、３２：（蒸着源の）開口部、４０：基板、４１：マスク、５０：真空チャンバー、６０：制御系、６１：膜厚制御器、６２：温度制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーと、
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させる蒸着源と、
前記基板に前記蒸着材料を成膜する際に、センサー部に付着する前記蒸着材料の付着量を計測するためのモニタ用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される付着量を校正するための校正用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される前記蒸着材料の付着量に基づいて前記蒸着材料の蒸着レートを算出し、算出された前記蒸着レートに基づいて前記蒸着源の温度制御を行う制御系と、を有し、
前記蒸着源の開口部の中心から前記校正用膜厚センサーまでの距離Ｌ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記モニタ用膜厚センサーまでの距離Ｌ2との間にＬ1≦Ｌ2の関係が成り立ち、かつ、
前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面に下ろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記校正用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面におろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記モニタ用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ2との間にθ1≦θ2の関係が成り立つことを特徴とする、真空蒸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空蒸着装置を用いて有機ＥＬ材料からなる膜を基板、前記モニタ用膜厚センサー及び前記校正用膜厚センサーに堆積する工程と、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測された付着量に基づいて算出された膜の膜厚と、前記校正用膜厚センサーによって計測された付着量に基づいて算出された膜の膜厚とを比較して、前記モニタ用膜厚センサーの校正係数を求める工程と、を有することを特徴とする、有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１】
真空チャンバーと、
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生させる蒸着源と、
前記基板に前記蒸着材料を成膜する際に、センサー部に付着する前記蒸着材料の付着量を計測するためのモニタ用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される付着量を校正するための校正用膜厚センサーと、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測される前記蒸着材料の付着量に基づいて前記蒸着材料の蒸着レートを算出し、算出された前記蒸着レートに基づいて前記蒸着源の温度制御を行う制御系と、を有し、
前記蒸着源の開口部の中心から前記校正用膜厚センサーまでの距離Ｌ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記モニタ用膜厚センサーまでの距離Ｌ2との間にＬ1≦Ｌ2の関係が成り立ち、かつ、
前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面に下ろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記校正用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ1と、前記蒸着源の開口部の中心から前記基板の成膜面におろした垂線と、前記蒸着源の開口部の中心と前記モニタ用膜厚センサーとを結ぶ直線とでなす角度θ2との間にθ1≦θ2の関係が成り立つことを特徴とする、真空蒸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空蒸着装置を用いて有機ＥＬ材料からなる膜を基板、前記モニタ用膜厚センサー及び前記校正用膜厚センサーに堆積する工程と、
前記モニタ用膜厚センサーによって計測された付着量に基づいて算出された膜の膜厚と、前記校正用膜厚センサーによって計測された付着量に基づいて算出された膜の膜厚とを比較して、前記モニタ用膜厚センサーの校正係数を求める工程と、を有することを特徴とする、有機ＥＬ素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１２０３４（Ｐ２０１２−１１２０３４Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１７９７（Ｐ２０１１−２１１７９７）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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