JP2005281859A - Deposition thickness measurement method, material layer deposition method, deposition thickness measurement device, and material layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
基板上における材料の堆積および堆積厚の測定に関する。 It relates to the deposition of materials on a substrate and the measurement of the deposition thickness.
従来より、各種のデバイスにおいて、複数の材料層の積層構造が利用されており、その堆積に蒸着やスパッタなどが利用されている。例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイでは、有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）をそれぞれ有する画素をマトリクス配置して表示を行う。この有機ＥＬ素子は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などの有機層を有する物が知られており、これらの有機層を真空蒸着によって形成することが、例えば、特許文献１などに記載がある。 Conventionally, in various devices, a laminated structure of a plurality of material layers is used, and vapor deposition, sputtering, or the like is used for the deposition. For example, in an organic electroluminescence (EL) display, display is performed by arranging pixels each having an organic EL element (OLED) in a matrix. This organic EL element is known to have an organic layer such as a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer. For example, Patent Document 1 discloses that these organic layers are formed by vacuum deposition. There is a description.
このような有機ＥＬディスプレイにおいて各有機層の厚さは、電極層などと比較しても非常に薄く、また、複数の有機層を積層することが多い。そのため層の厚さが発光特性に及ぼす影響も大きいと予想され、各層を適切に蒸着することが望まれ、したがって、各層の厚みを正確にしたいという要求がある。 In such an organic EL display, the thickness of each organic layer is much thinner than that of an electrode layer or the like, and a plurality of organic layers are often stacked. Therefore, it is expected that the thickness of the layer has a great influence on the light emission characteristics, and it is desired to appropriately deposit each layer. Therefore, there is a demand for making the thickness of each layer accurate.
また、有機ＥＬディスプレイを作製する場合、なるべく大きな基板を利用して、作成する方が効率的であり、例えば１型〜１０型程度のいわゆる小型ディスプレイであれば、これらの領域をマザー基板上に多数一度に作成し、作製後に切断することが好ましい。従って、有機物質の蒸着も、比較的大面積の基板上に蒸着することになる。そこで、基板上の蒸着位置によるバラツキをできるだけ小さく抑えたいという要求もある。 In the case of manufacturing an organic EL display, it is more efficient to use a substrate as large as possible. For example, in the case of a so-called small display of about 1 type to 10 type, these regions are formed on a mother substrate. It is preferable to prepare a large number at once and cut after the preparation. Accordingly, the organic material is also deposited on a substrate having a relatively large area. Therefore, there is also a demand for minimizing variation due to the deposition position on the substrate.
ここで、薄膜の厚さの計測には、分光エリプソメータや、水晶振動子を用いた膜厚計が用いられる。分光エリプソメータでは、成膜後のサンプルを成膜装置外で計測する場合に用いられるものであり、実際の成膜時に計測することはできない。また、分光エリプソメータは、計測する膜表面の平滑性が高いことが要求されるため、有機ＥＬ素子よりも下層に例えば薄膜トランジスタなどの素子が形成され、それらに起因する表面の凹凸も多いディスプレイ用途などの有機層の膜厚測定に対して高い精度を得ることができない。 Here, for measuring the thickness of the thin film, a spectroscopic ellipsometer or a film thickness meter using a crystal resonator is used. The spectroscopic ellipsometer is used when a sample after film formation is measured outside the film formation apparatus, and cannot be measured during actual film formation. In addition, since the spectroscopic ellipsometer is required to have high smoothness on the surface of the film to be measured, an element such as a thin film transistor is formed in a lower layer than the organic EL element, and the surface uses unevenness due to them. High accuracy cannot be obtained for the film thickness measurement of the organic layer.
また水晶振動子の振動数変化より膜厚（蒸着量）を計測する方法を採用すると、成膜装置内に水晶振動子を配置して、水晶振動子に付着した材料膜厚を計測可能であるが、連続使用すると、計測値が変化するため、安定した測定が難しい。また、実際に基板上に形成された材料層の厚さを測定することはできない。 In addition, if a method of measuring the film thickness (deposition amount) from the change in the frequency of the crystal unit is adopted, the thickness of the material attached to the crystal unit can be measured by placing the crystal unit in the film forming apparatus. However, when it is used continuously, the measurement value changes, so stable measurement is difficult. In addition, the thickness of the material layer actually formed on the substrate cannot be measured.
本発明は、材料堆積中における膜厚の計測を効果的に行い、またその計測値に応じて堆積を効果的に制御することを目的とする。 An object of the present invention is to effectively measure the film thickness during material deposition and to effectively control the deposition according to the measured value.
本発明は、基板上への材料層の堆積厚測定方法であって、基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、前記堆積厚モニタ領域に所定の光を照射し、この材料層からの射出光を検出し、検出した光の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定する。 The present invention is a method for measuring a deposition thickness of a material layer on a substrate, wherein the material layer is deposited by depositing a material on a deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and the substrate. Form and irradiate the deposition thickness monitor area with predetermined light, detect the emission light from this material layer, and measure the deposition thickness of the material layer formed on the substrate based on the detected light intensity To do.
また、本発明の他の態様は、基板上への材料層の形成方法であって、基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、前記堆積厚モニタ領域に所定の光を照射し、この材料層からの射出光を検出し、検出した光の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定し、測定結果に応じて、堆積速度を制御する。 Another aspect of the present invention is a method of forming a material layer on a substrate, wherein the material is deposited on a deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate. Forming a material layer, irradiating the deposition thickness monitor region with predetermined light, detecting light emitted from the material layer, and depositing the material layer formed on the substrate based on the detected light intensity The thickness is measured, and the deposition rate is controlled according to the measurement result.
また、本発明の他の態様では、前記材料の堆積は、蒸着源から材料を加熱して蒸発させて基板上に堆積させる蒸着方法であり、前記材料の加熱状態又は蒸着源と基板との相対的な走査速度の少なくとも一方を制御することで堆積速度を制御することが好適である。 In another aspect of the present invention, the deposition of the material is an evaporation method in which the material is heated and evaporated from an evaporation source to be deposited on the substrate, and the heating state of the material or the relative relationship between the evaporation source and the substrate. It is preferable to control the deposition rate by controlling at least one of the typical scanning rates.
また、本発明の他の態様では、前記堆積厚モニタ領域は、基板又は基板近傍において互いに離れて複数設けられ、それぞれの堆積厚モニタ領域における堆積厚に基づいて、前記蒸着源の加熱分布を制御することが好適である。 In another aspect of the present invention, a plurality of the deposition thickness monitor regions are provided apart from each other in the substrate or in the vicinity of the substrate, and the heating distribution of the vapor deposition source is controlled based on the deposition thickness in each deposition thickness monitor region. It is preferable to do.
また、本発明の他の態様において、前記射出光に基づいて、吸光強度または蛍光強度又は反射強度を検出することが好適である。なお、ここで、堆積厚モニタ領域に光を照射して得られる材料層から射出光は、透過光、反射光、発光（蛍光等）を含む。 In another aspect of the present invention, it is preferable to detect the light absorption intensity, the fluorescence intensity, or the reflection intensity based on the emitted light. Here, the emitted light from the material layer obtained by irradiating the deposition thickness monitor region includes transmitted light, reflected light, and light emission (fluorescence, etc.).
また、本発明の他の態様では、基板上に材料層を堆積形成する形成装置において、材料層が堆積される基板または基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域に対し、光を照射する光照射手段と、光が照射されるモニタ領域からの射出光の光強度を検出する光検出手段と、前記光検出手段で検出された光強度に基づいて堆積厚を測定し、測定結果に基づいて、堆積速度を調整する堆積速度制御手段と、を有する。 In another aspect of the present invention, in a forming apparatus for depositing and forming a material layer on a substrate, light is irradiated to a deposition thickness monitor region provided at a predetermined position near the substrate on which the material layer is deposited or near the substrate. A light irradiating means, a light detecting means for detecting the light intensity of the emitted light from the monitor area irradiated with the light, and measuring the deposition thickness based on the light intensity detected by the light detecting means, And a deposition rate control means for adjusting the deposition rate on the basis thereof.
このように、本発明によれば、堆積厚モニタ領域に形成された材料層の堆積膜厚を、この領域に照射した光に対する射出光を検出することで、その吸光強度または蛍光強度、或いは反射強度等に基づいて求める。このような光の強度などから実際の蒸着層等の材料層の堆積厚を検出すれば、精度よく、かつ材料層を形成しながらその厚さを求めることができる。したがって、検出した堆積厚に応じて堆積条件（例えば蒸着源の温度や移動速度など）を制御して、適切な厚さに材料層を形成することができる。また、材料層の形成と同時に測定する、つまり形成時に厚さをモニタリングするので、装置外で別途測定する方法と比較して、堆積厚の測定時間を飛躍的に短縮でき、また堆積値が目的値から外れた処理基板はその時点で厚さを調整したり、工程から除くことができ、製造の効率化を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the deposited film thickness of the material layer formed in the deposited thickness monitor region is detected by detecting the emission light with respect to the light irradiated to this region, so that the light absorption intensity or the fluorescence intensity or the reflected light is reflected. Obtained based on strength. If the deposition thickness of an actual material layer such as a vapor deposition layer is detected from such light intensity, the thickness can be obtained accurately and while forming the material layer. Therefore, the material layer can be formed to an appropriate thickness by controlling the deposition conditions (for example, the temperature of the vapor deposition source and the moving speed) according to the detected deposition thickness. In addition, since the thickness is measured at the same time as the material layer is formed, that is, the thickness is monitored at the time of formation, the measurement time of the deposited thickness can be drastically shortened compared to the method of separately measuring outside the apparatus, and the purpose of the deposited value is The thickness of the processed substrate deviating from the value can be adjusted or removed from the process at that time, and the manufacturing efficiency can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、実施形態に係る堆積装置（蒸着装置）の概略構成を示している。真空チャンバ（成膜室）１０は、気密に構成されており、被蒸着体である基板１４（例えば、ガラス基板）が導入された後の内部は真空ポンプなどを利用して所定の減圧状態が維持される。真空チャンバ１０内の上部には、基板固定部１２が設けられ、ここに基板１４が固定される。また、固定された基板１４の下方には、るつぼ移動レール１６が設置されており、ここにるつぼ１８が往復移動可能に設置されている。るつぼ１８の移動には、基本的にモータ４０が利用されるが、動力の伝達方法には各種のものがあり、適宜採用できる。この例では、モータ４０により長ねじ４２を回転し、この長ねじの回転によってるつぼ１８の移動を制御している。なお、移動手段には、均一な蒸着を達成するために、一定速度で移動可能とすることが要求される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a deposition apparatus (evaporation apparatus) according to an embodiment. The vacuum chamber (film formation chamber) 10 is configured to be airtight, and the inside of the interior after the substrate 14 (for example, a glass substrate), which is a deposition target, is introduced, is in a predetermined reduced pressure state using a vacuum pump or the like. Maintained. A
るつぼ１８は、例えば、基板の幅方向より若干長い細長い箱形状の蒸着源（リニアソース）で、るつぼ１８内に収容している蒸着材料を加熱して蒸発させ、るつぼ上方の開口部から材料を放出する。放出された蒸発材料は、基板１４の下面に付着し堆積される。るつぼ１８を基板１４の長さ（長手）方向に移動させる（走査する）ことで、基板１４の表面の全面にほぼ同一の条件で材料層を蒸着形成することができる。なお、図においては、るつぼ１８を１つのみ示したが、るつぼ１８を複数設けそれぞれから材料を蒸発させてもよい。その場合に、各るつぼ１８から異なる材料を蒸発させ、積層構造を形成することもできる。
The
基板上の所定部位のみに材料層を蒸着形成する場合には、図示するように基板１４の下面にマスク５０を配置し、蒸着部を限定する。例えば、有機ＥＬ素子を用いたディスプレイにおいて、画素毎にＲＧＢ３色のいずれかの発光層を備える有機ＥＬ素子を形成し、この発光層を色毎に塗り分け形成する場合であれば、材料毎に開口位置の異なるマスクを交換して蒸着すればよい。また、基板１４を別の真空チャンバ１０に移動して、開口位置の異なるマスクを用いて蒸着を行ってもよい。なお、蒸着に際し、るつぼ１８ではなく、基板１４を移動してもよい。
In the case where the material layer is formed by vapor deposition only on a predetermined portion on the substrate, a
るつぼ１８の周面には、ヒータ２０が取り付けられ、このヒータ２０には、ケーブル２２を介しヒータ電源部２４が接続されている。従って、ヒータ電源部２４からの電力供給によって、ヒータ２０の加熱状態が制御され、るつぼ１８からの材料の蒸発状態が制御される。
A
本実施形態においては、真空チャンバ１０の所定部分に複数対の透明部分（窓）が設けられており、これらに対応して発光器２６と、受光器２８が配置されている。発光器２６から射出された光は、材料層が形成されている基板１４の所定部分（後述する膜厚モニタ部５２）を通過し、受光器２８に至る。
In the present embodiment, a plurality of pairs of transparent portions (windows) are provided in a predetermined portion of the
ここで、図示するようにマスク５０が基板１４とるつぼ１８との間に配置されている場合、このマスク５０の発光器２６からの光の光路上には、膜厚測定用の開口部５４が設けられている。なお、マスク５０の開口部５４の位置に合わせて発光器２６及び受光器２８の位置を移動可能としておくことが好ましい。
Here, when the
るつぼ１８から放出される蒸着材料は、画素領域に応じたパターンの開口部と同様に、膜厚測定用開口部５４を通って基板１４の対応する位置に付着し、これにより基板上には、画素領域などの所望パターンの材料層の形成と同時に、後述する図５のように同一材料で、かつ同一条件で膜厚（堆積厚）モニタ部５２が形成される。そして、発光器２６から射出された光は、膜厚測定用開口部５４及び基板１４のこの膜厚モニタ部５２を透過して、受光器２８に到達する。受光器２８は、その受光強度についての信号を制御装置３０に供給し、制御装置３０は吸光強度を算出し、この吸光強度に基づいて、後述するように予め求めた検量データを参照することで蒸着膜の厚さを算出することができる。制御装置３０は、ヒータ電源部２４を制御して、蒸着膜厚が適切なものになるように、ヒータ電源部２４からヒータ２０への電流供給を制御するとともに、モータ４０を制御してるつぼ１８の移動速度を制御する。このような制御により材料層の膜厚が最適値となるように基板上への材料の堆積速度（成膜速度）が制御される。
The vapor deposition material emitted from the
ここで、発光器２６から射出される光線は、例えば紫外光が採用可能であり、２００ｎｍ〜９００ｎｍの波長域の光でも良い。また、単一波長でもよいし、白色光線を採用してもよい。さらに、発光器２６からの発光波長を例えば上記２００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内などで変更し、これを受光器２８で検出し、いずれの波長で吸収が起こるかをその吸収スペクトルから検出し、厚さを特定してもよい。更に、吸収ではなく、蛍光スペクトルなどを検出してもよい。特に、発光材料を含む発光層の膜厚計測の場合には、蛍光の強度を計測することで、膜厚を効果的に検出することができる。
Here, the light emitted from the
さらに、蛍光を計測する場合には、透過光ではなく、光を照射した部分からの光（反射光）を受光できる場所に受光器２８を配置すればよい。この場合、例えば、図２に示すように、発光器２６及び受光器２８の両方を基板１４に形成される膜の表面側（蒸着源側）に設ける。図２の例では、真空チャンバ１０の内部では、基板の下方に蒸着源であるるつぼ１８が配置されているので、発光器２６及び受光器２８は、真空チャンバ１０の下方に配置している。このような構成で、発光器２６から射出された光を計測対象である膜（モニタ部５２）の表面に照射し、膜表面で反射した光を受光器２８によって受光し、受光光の蛍光強度を測定して膜厚を算出することができる。
Furthermore, when measuring fluorescence, the
以上に説明した発光器２６、受光器２８は、真空チャンバ１０内に設けてもよい。この場合には、シャッタをつけ、発光器２６、受光器２８に対し不要な蒸着物質の堆積を防止することが好適である。あるいはシャッタの代わりに、少なくとも受光器２８の周囲の温度を制御して（例えば一定の高温になるように加熱制御）、蒸着物質が受光器２８に付着しないようにしてもよい。
The
次に、実際に基板上に蒸着して得たＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）膜について、本実施形態で光源として用いた紫外線（ＵＶ）に対する膜の光吸収強度と、触針式段差測定装置によって測定した膜厚を比較した結果を図３に示す。図３のグラフから理解できるように両者には、かなりよい相関が得られた。すなわち、触針式段差測定機によって得られた実膜厚ｙ、吸収強度ｘとした場合に、ｙ＝８３．０８６ｅｘｐ［５．３６５７ｘ］が関係式として得られ、その分散Ｒ2＝０．９５５４とかなり１に近い数字が得られており、本実施形態のような光吸収強度により正確な膜厚測定が可能であることがわかる。 Next, the CuPc (copper phthalocyanine) film obtained by actually vapor-depositing on the substrate was measured with the light absorption intensity of the film with respect to ultraviolet rays (UV) used as a light source in this embodiment, and a stylus type step measuring device. The result of comparing the film thickness is shown in FIG. As can be understood from the graph of FIG. 3, a fairly good correlation was obtained between the two. That is, when the actual film thickness y and the absorption intensity x obtained by the stylus type step measuring machine are used, y = 83.86exp [5.3657x] is obtained as a relational expression, and the dispersion R 2 = 0.9554. Thus, it is understood that the film thickness can be accurately measured by the light absorption intensity as in the present embodiment.
また、このデータを表１に示す。 The data is shown in Table 1.
下記表２は、エリプソメータによる測定と、光吸収強度による測定の精度の比較結果を示している。測定同一条件で基板上に成膜したＣｕＰｃ膜の各サンプルを各方法によりそれぞれ５回ずつ測定し、その平均値と、最大値ｍａｘ、最小値ｍｉｎから、下式（ｉ）
（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）÷（２×平均値）×１００ ・・・（ｉ）
で表されるばらつき（％）を測定した結果及びそのばらつき平均である。
Table 2 below shows a comparison result of the accuracy of the measurement by the ellipsometer and the measurement by the light absorption intensity. Measurement Each sample of the CuPc film deposited on the substrate under the same conditions was measured five times by each method. From the average value, the maximum value max, and the minimum value min, the following formula (i)
(Max−min) / (max + min) ÷ (2 × average value) × 100 (i)
It is the result of measuring the variation (%) represented by and the variation average.
ここで、有機ＥＬ素子において、有機層の厚さは発光層での発光条件を決めるための重要な要素の一つと考えられ、より高い発光効率や高精度の発光制御を実現する上で、この有機層の厚さの精度に対する要求は今後さらに高まる。そして、例えば、上記ＣｕＰｃ膜は、有機ＥＬ素子において、陽極と正孔輸送層の間に設けられる正孔注入層として利用されることが多く、通常１０ｎｍ程度と非常に薄いが、このような極めて薄い膜についてもより精度良く膜厚を制御することが望まれる。上述のように連続使用時の安定性に欠ける水晶振動子を用いたのでは正確な計測が困難である。 Here, in the organic EL element, it is considered that the thickness of the organic layer is one of the important factors for determining the light emission conditions in the light emitting layer, and in order to realize higher light emission efficiency and high-precision light emission control, The demand for the accuracy of the organic layer thickness will increase further in the future. For example, the CuPc film is often used as a hole injection layer provided between an anode and a hole transport layer in an organic EL element, and is usually very thin as about 10 nm. It is desired to control the thickness of a thin film with higher accuracy. As described above, accurate measurement is difficult if a crystal resonator lacking stability during continuous use is used.
さらに、上記ＣｕＰｃ膜は、その膜表面が乱反射が起きやすい表面状態となるため、このような膜については、エリプソメータによる膜厚測定に適していない。これに対し、本実施形態では、エリプソメータより高い測定精度が得られ、かつ、リアルタイムでの膜厚測定が可能である。また、有機ＥＬ素子の有機層の材料は、現在、その耐久性に依然として課題が多い。このため、下層側の電極（陽極又は陰極）の形成後、例えば真空蒸着法によって形成される多層構造の有機層の各層は、表面にゴミが付着したり有機層の劣化を速める水分が酸素などにさらされる可能性を低減する上で、真空雰囲気を破らずに連続形成することが望まれている。したがって、本実施形態のように真空蒸着室内で成膜した膜の厚さを随時測定すれば、例えばエリプソメータを用いた場合のように、膜厚測定のためだけに基板を装置外に出す必要もなく、膜厚の正確な制御が可能となる。なお、有機ＥＬ素子の多層構造の有機層は、例えば陽極が下層側の電極で、上層が電子注入層とほぼ一体に形成された陰極である場合に、下から順に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の積層構造が一例として挙げられ、各層の厚さをそれぞれ最適な値になるよう制御しながら連続して形成することが可能となる。 Furthermore, since the CuPc film is in a surface state in which irregular reflection is likely to occur, such a film is not suitable for film thickness measurement using an ellipsometer. On the other hand, in the present embodiment, measurement accuracy higher than that of the ellipsometer is obtained, and film thickness measurement in real time is possible. Moreover, the material of the organic layer of the organic EL element still has many problems in its durability. For this reason, after the formation of the lower layer side electrode (anode or cathode), for example, each layer of the organic layer having a multilayer structure formed by a vacuum deposition method has moisture that adheres to the surface or accelerates the deterioration of the organic layer. In order to reduce the possibility of exposure, it is desired to form continuously without breaking the vacuum atmosphere. Therefore, if the thickness of the film formed in the vacuum evaporation chamber is measured as needed as in this embodiment, it is necessary to take the substrate out of the apparatus only for film thickness measurement, for example, when using an ellipsometer. Therefore, the film thickness can be accurately controlled. The organic layer having a multilayer structure of the organic EL element includes, for example, a hole injection layer and a hole in order from the bottom when the anode is an electrode on the lower layer side and the upper layer is a cathode formed almost integrally with the electron injection layer. A laminated structure of a transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer is given as an example, and it is possible to continuously form each layer while controlling the thickness of each layer to an optimum value.
以上においては、吸収強度を利用した膜厚測定について述べたが、光照射に伴う蛍光量の計測でもその物質について同様の作用効果が得られることが確認されている。例えば、有機ＥＬ素子の発光層は、蛍光により発光する有機材料が多く、これら層の厚さは蛍光測定によって好適に行うことができる。このように蛍光測定を行えば、光透過性の非常に低い例えば比較的厚い層や遮光性層についても確実にその厚さをリアルタイムにかつ正確に測定することができる。 In the above description, the film thickness measurement using the absorption intensity has been described. However, it has been confirmed that the same action and effect can be obtained for the substance in the measurement of the amount of fluorescence accompanying light irradiation. For example, the light emitting layer of the organic EL element has many organic materials that emit light by fluorescence, and the thickness of these layers can be suitably measured by fluorescence measurement. By performing fluorescence measurement in this way, the thickness of a relatively thin layer, such as a relatively thick layer or a light-shielding layer, having a very low light transmittance can be reliably measured in real time.
通常の蒸着工程においては、まずるつぼ１８を所定温度まで加温し、蒸発状態を安定化する。これは、るつぼ１８を図１に示すような基板１４の下方から外れた待機位置に位置させて行う。この待機位置のるつぼ１８の上方には、水晶式の膜厚計を配置し、蒸発状態を検出することも好適である。
In a normal vapor deposition process, first, the
また、基板１４を基板固定部１２にセットしておく。そして、モータ４０を駆動して、るつぼ１８を所定速度で移動させ、基板１４の下表面に蒸着を行う。上述のように、発光器２６、受光器２８によって得られる吸光強度により、膜厚を検出できるため、この検出結果に基づいて、ヒータ２０による加熱状態や、モータ４０の回転数を制御することで、常に安定した蒸着を行うことができる。なお、このような制御は、１つの基板１４に対して蒸着のバラツキを防止するために行ってもよいし、複数の基板１４に対する蒸着のバラツキを防止するために行ってもよい。
Further, the
さらに、上記実施形態では、実際に蒸着対象となっている基板１４における蒸着膜厚を検出した。しかし、ダミー基板を用い、そのダミー基板における蒸着状態を調べて、るつぼ１８の加熱状態およびるつぼ１８の移動状態を制御してもよい。ここで、このダミー基板は、実際に蒸着する基板１４の代わりに設けてもよいし、基板１４に隣接して設けてもよい。さらに、図４に示すように、ダミー基板１５は、平板でなくてもよく、円柱状や多角柱状として、複数の蒸着膜の形成毎にるつぼ１８の変更と対応してその周面位置（又は周面）を変更し、対応する周面での蒸着膜の堆積厚を上述のような吸収又は蛍光検出装置で検出することで、るつぼ１８からの蒸発物質の蒸発状態を検出することができ、これに基づいて蒸着量の制御ができる。特に、ダミー基板を円柱状として、これを適宜回転させて、表面に蒸着させて、この膜厚を検出することが好適である。
Furthermore, in the said embodiment, the vapor deposition film thickness in the board |
図５には、基板１４におけるモニタ部（膜厚測定部）５２が形成される膜厚モニタ領域の設定が示されている。この例では、基板１４の幅方向（るつぼ１８の長手方向に一致）において、モニタ領域が設けられ、ここに３点のモニタ部５２が形成されている。これらモニタ部５２は、基板１４中で、実際の有機ＥＬ素子領域（あるいは表示領域）としては利用されない領域に形成されている。そして、本実施形態では、るつぼ１８が幅方向に細長い形状を有し、このるつぼ１８はその長手方向（基板１４の幅方向）と直交する方向に移動する。そこで、このるつぼ１８の長手方向に沿って３点のモニタ部５２を形成することによって、るつぼ１８の長手方向における蒸発量の均一性を検出することができ、この検出結果に基づいて、るつぼ１８の長手方向における加熱状態を制御することができる。加熱状態は、ヒータ２０をるつぼ１８の長手方向で、複数に分割しておき、分割ヒータへの個別の通電を制御することなどによって行える。
FIG. 5 shows the setting of the film thickness monitor region in which the monitor unit (film thickness measuring unit) 52 in the
なお、図５において、破線で示した膜厚モニタ部５２は、多層の蒸着を真空雰囲気を破らずに連続して実行する場合において、異なる蒸着源を用いた異なる蒸着膜の膜厚測定にそれぞれ使用することもできる。すなわち、成膜時に用いるマスク５０として、膜厚測定用の開口部の位置がそれぞれ異なるマスクを用いれば、基板上のモニタ領域の各モニタ部５２はそれぞれ異なる位置に形成され、既に形成されている下層の有機膜と重ならず、確実に形成した膜の厚さを測定することができる。なお、この膜厚測定用の開口部の位置は、互いに例えば１０ｍｍ程度異なっていればよい。成膜室毎にこの膜厚測定用開口部の位置の異なるマスクを用いても良い。以上のような方法により、連続して積層する膜についてもそれぞれの厚さを確実に測定することができる。なお、モニタ領域は、基板１４の全体（但し有機ＥＬ素子の非形成領域が望ましい）に分散させて設けてもよい。
In FIG. 5, the film
また、上述の実施形態では、るつぼ１８として細長い形状のものを利用した。しかし、るつぼ１８としては、点状のものを多数併設してもよい。るつぼ１８をこのような面状のものとすれば、基板１４およびるつぼ１８のいずれも移動することなく、大面積の基板１４に対する蒸着が行える。一方、このような大面積の蒸着を行うと、蒸着膜厚にバラツキが生じやすいが、本実施形態の膜厚検出を基板上の分散された複数の点で行い、るつぼ１８の加熱状態を部分的に制御する構成をとれば、全体として均一な蒸着を行えるように制御することができる。なお、蒸着対象である基板１４が小面積の場合には単一の点状のるつぼ１８を採用しても良い。また、検出した膜厚が目標値に対して±５０％程度のずれで
ある場合には、るつぼ１８の加熱制御だけでは不十分なことがあり、基板１４とるつぼ１８との相対速度（例えばるつぼ１８のスキャン速度）を変更することが望ましい。
In the above-described embodiment, the
また、発光器２６、受光器２８に対応する窓等は加熱して高温にすることによって、蒸着物のこれらの窓に対する堆積を防止することができる。発光器２６、受光器２８を真空チャンバ１０の内部に設ける場合においても、検出計の蒸着物質を堆積させたくない箇所について、高温として堆積を防止することが好適である。
Moreover, the windows corresponding to the
以上の説明では、図１に示すように下方にるつぼ１８が配置され、マスク及び基板がその上方に面方向が水平方向に向いて配置された、横型の蒸着装置を例に挙げている。しかし、これに限らず、縦型の堆積装置（真空蒸着やスパッタ装置）においても、成膜室に発光器２６からの光を透過させる窓と、発光器から射出され基板及び膜を透過する光を透過させ受光器に到達させるための窓を設け、吸収強度、又は蛍光量から膜厚を測定することでリアルタイムでの膜厚測定が可能となる。反射率を測定する場合には縦型の堆積装置の基板への材料層形成側に、図２に示すように発光器２６，受光器２８を設け、紫外線、可視光線等の光線を透過させるための窓を成膜室に設ける。
In the above description, as shown in FIG. 1, a horizontal vapor deposition apparatus in which a
図６は、この縦型の堆積装置（成膜装置）６００の構成の一例を示しており、原理的には、上述の図１の成膜装置と同様であり、基板６４及び蒸着源の支持方向が垂直方向である点が異なっている。即ち、成膜室６０内で、膜の形成される基板６４は垂直方向に起立支持されている。また、例えば基板と同程度の幅のライン状の蒸着源７０が垂直方向に支持されており、図６の例では、この蒸着源７０と基板６４との相対位置が変化するように、例えば蒸着源７０が移動し、この蒸着源７０からの材料が直接又はマスク６６を介して基板６４上に付着する構成である。マスク６６には膜厚測定用の開口部７４が有機ＥＬ素子の非形成領域に設けられており、蒸着源７０からこの開口部を通過して基板６４上に形成された膜に発光器７６からの光を照射し、受光器７８によって透過光や蛍光を測定することで、上記と同様に膜厚を正確かつ成膜後直ちに装置内で測定することができる。なお、図６では、重なっているが、蒸着源７０が例えば待機位置にある際には、発光器７６からの光は蒸着源７０に遮られることなく、基板６４、マスク６６を通過し、受光器７８に入射する構成となっている。ここで、縦型の堆積装置６００において、基板６４が起立支持されているため、発光器７６からの光は成膜室６０の側面から入射させることが好ましく、例えば光ファイバを利用して成膜室６０の中に光を導入すればよい。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the vertical deposition apparatus (film formation apparatus) 600, which is in principle the same as the film formation apparatus of FIG. 1 described above, and supports the substrate 64 and the evaporation source. The difference is that the direction is vertical. That is, the substrate 64 on which the film is formed is supported upright in the vertical direction in the
また、図７に示すように、蒸着源の放出端としてシャワー状ノズル８０を採用し、成膜順に、順次、キャリアガス中に成膜材料（例えば有機材料）源を蒸発させ、これを加熱ガスラインからバルブを介して選択的に加熱成膜室内に保持された基板１４にノズル８０から放出し積層する気相成長型成膜装置８００においても上記膜厚測定方式を採用することができる。即ち、例えば基板１４とノズル８０の間に配置されるマスク９０に膜厚測定用の開口部を設け、その位置に形成された膜の厚さを、発光器８６と受光器８８によってその吸収強度や蛍光強度を検出して精度良く測定することができる。またマスク９０の膜厚測定用開口部８４の位置は例えば蒸着源が変更される毎にシャッタなどで変更したり、異なるマスクを用いるなどすることで、連続成膜される薄膜の各膜厚をリアルタイムに測定することができる。
In addition, as shown in FIG. 7, a shower-
１０ 真空チャンバ、１２ 基板固定部、１４，６４ 基板、１５ ダミー基板、１６ 移動レール、１８ るつぼ（蒸着源）、２０ ヒータ、２２ ケーブル、２４ ヒータ電源部、２６，７６，８６ 発光器、２８，７８，８８ 受光器、３０ 制御装置、４０ モータ、５０，６６，９０ マスク、５２ モニタ部（膜厚測定部）、６０ （縦型）成膜室、７０ （縦型）蒸着源、８０ シャワー状ノズル、６００ 縦型成膜装置、８００ 気相成長型成膜装置。 10 Vacuum chamber, 12 Substrate fixing part, 14, 64 Substrate, 15 Dummy substrate, 16 Moving rail, 18 Crucible (deposition source), 20 Heater, 22 Cable, 24 Heater power supply, 26, 76, 86 Light emitter, 28, 78,88 light receiver, 30 control device, 40 motor, 50, 66, 90 mask, 52 monitor unit (film thickness measuring unit), 60 (vertical type) film forming chamber, 70 (vertical type) vapor deposition source, 80 shower type Nozzle, 600 Vertical film forming apparatus, 800 Vapor growth type film forming apparatus.
Claims (12)
基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、
前記堆積厚モニタ領域に所定の光を照射し、この材料層からの射出光を検出し、
検出した光の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定することを特徴とする堆積厚測定方法。 A method for measuring a deposition thickness of a material layer on a substrate, comprising:
A material layer is formed by depositing a material on the deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate,
Irradiate predetermined light to the deposition thickness monitor region, detect light emitted from this material layer,
A deposition thickness measurement method comprising measuring a deposition thickness of a material layer formed on a substrate based on detected light intensity.
基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、
前記堆積厚モニタ領域に所定の光を照射し、この材料層からの射出光を検出し、
検出した光の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定し、測定結果に応じて、堆積速度を制御することを特徴とする材料層の形成方法。 A method for forming a material layer on a substrate, comprising:
A material layer is formed by depositing a material on the deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate,
Irradiate predetermined light to the deposition thickness monitor region, detect light emitted from this material layer,
A method for forming a material layer, comprising: measuring a deposition thickness of a material layer formed on a substrate based on detected light intensity; and controlling a deposition rate according to the measurement result.
前記材料の堆積は、蒸着源から材料を加熱して蒸発させて基板上に堆積させる蒸着方法であり、前記材料の加熱状態又は蒸着源と基板との相対的な走査速度の少なくとも一方を制御することで堆積速度を制御することを特徴とする材料層の形成方法。 In the formation method of the material layer of Claim 2,
The deposition of the material is a vapor deposition method in which the material is heated and evaporated from a vapor deposition source to deposit on the substrate, and controls at least one of the heating state of the material or the relative scanning speed between the vapor deposition source and the substrate. A method for forming a material layer, characterized in that the deposition rate is controlled.
前記堆積厚モニタ領域は、基板又は基板近傍において互いに離れて複数設けられ、それぞれの堆積厚モニタ領域における堆積厚に基づいて、前記蒸着源の加熱分布を制御することを特徴とする材料層の形成方法。 In the formation method of the material layer of Claim 3,
A plurality of the deposition thickness monitoring regions are provided apart from each other in the substrate or in the vicinity of the substrate, and the heating distribution of the vapor deposition source is controlled based on the deposition thickness in each deposition thickness monitoring region. Method.
前記基板上に前記材料層を蒸着する蒸着室は、蒸着室外に配置された発光器から射出され前記堆積厚モニタ領域に到達する光の光路上及び前記材料層から射出され受光器に到達する光の光路上にそれぞれ該光を透過する窓部を備え、
前記材料層を蒸着する間、該窓部を加熱することを特徴とする材料層の形成方法。 In the formation method of the material layer of Claim 3,
The vapor deposition chamber for depositing the material layer on the substrate has a light beam emitted from a light emitter arranged outside the vapor deposition chamber and reaching the deposition thickness monitor region, and a light beam emitted from the material layer and reaching the light receiver. Each of which has a window portion for transmitting the light on the optical path,
The method of forming a material layer, wherein the window portion is heated while the material layer is deposited.
前記射出光に基づいて、吸光強度または蛍光強度または反射強度を検出することで材料層の堆積厚さを求めることを特徴とする堆積厚測定方法又は材料層の形成方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein
A deposition thickness measurement method or a material layer formation method, wherein the deposition thickness of the material layer is obtained by detecting the absorption intensity, fluorescence intensity, or reflection intensity based on the emitted light.
材料が堆積される基板または基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域に対し、所定の光を照射する光照射手段と、
光が照射された前記堆積厚モニタ領域からの射出光の光強度を検出する光検出手段と、 を有し、
前記光検出手段において検出した光強度に基づいて、基板上の材料層の堆積厚を測定することを特徴とする堆積厚測定装置。 A deposition thickness measuring device for detecting a deposition thickness of a material layer on a substrate,
A light irradiating means for irradiating predetermined light to a deposition thickness monitor region provided at a predetermined position in the vicinity of the substrate on which the material is deposited,
A light detecting means for detecting the light intensity of the emitted light from the deposited thickness monitor region irradiated with light, and
A deposition thickness measuring apparatus that measures the deposition thickness of a material layer on a substrate based on the light intensity detected by the light detection means.
材料層が堆積される基板または基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域に対し、光を照射する光照射手段と、
光が照射される前記モニタ領域からの射出光の光強度を検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出された光強度に基づいて堆積厚を測定し、測定結果に基づいて、堆積速度を調整する堆積速度制御手段と、
を有することを特徴とする材料層の形成装置。 In a forming apparatus for depositing a material layer on a substrate,
A light irradiation means for irradiating light to a deposition thickness monitor region provided at a predetermined position near the substrate on which the material layer is deposited or the substrate;
Light detecting means for detecting the light intensity of the emitted light from the monitor region irradiated with light;
A deposition rate control unit that measures the deposition thickness based on the light intensity detected by the light detection unit, and adjusts the deposition rate based on the measurement result;
An apparatus for forming a material layer, comprising:
前記材料の堆積は、蒸着源から材料を加熱して蒸発させて基板上に堆積させる蒸着方法であり、前記材料の加熱状態又は蒸着源と基板との相対的な走査速度の少なくとも一方を制御することで堆積速度を制御することを特徴とする材料層の形成装置。 The forming apparatus according to claim 8.
The deposition of the material is a vapor deposition method in which the material is heated and evaporated from a vapor deposition source to deposit on the substrate, and controls at least one of the heating state of the material or the relative scanning speed between the vapor deposition source and the substrate. The material layer forming apparatus characterized by controlling the deposition rate.
前記堆積厚モニタ領域は、基板又は基板近傍において互いに離れて複数設けられ、それぞれの堆積厚モニタ領域における堆積厚に基づいて、前記蒸着源の加熱分布を制御することを特徴とする材料層の形成装置。 The forming apparatus according to claim 9, wherein
A plurality of the deposition thickness monitoring regions are provided apart from each other in the substrate or in the vicinity of the substrate, and the heating distribution of the vapor deposition source is controlled based on the deposition thickness in each deposition thickness monitoring region. apparatus.
前記基板上に前記材料層を蒸着する蒸着室は、蒸着室外に配置された前記光照射器から射出され前記堆積厚モニタ領域に到達する光の光路上及び前記材料層から射出され前記光検出器に到達する光の光路上にそれぞれ該光を透過する窓部を備え、
さらに、前記窓部を加熱する加熱部を有することを特徴とする材料層の形成装置。 The forming apparatus according to claim 9, wherein
A vapor deposition chamber for vapor-depositing the material layer on the substrate is emitted from the light irradiator disposed outside the vapor deposition chamber and emitted from the material layer on the optical path of the light reaching the deposition thickness monitor region and the photodetector. Each having a window that transmits the light on the optical path of the light reaching
Furthermore, it has a heating part which heats the said window part, The formation apparatus of the material layer characterized by the above-mentioned.
基板又は基板近傍の所定箇所に設けられた堆積厚モニタ領域上と、前記基板上とに材料を堆積して材料層を形成し、
前記堆積厚モニタ領域に紫外光又は２００ｎｍ〜９００ｎｍの波長範囲の光線を照射し、この材料層からの射出光を検出し、
検出した光の強度に基づいて、基板上に形成された材料層の堆積厚さを測定することを特徴とする堆積厚測定方法。 A method for measuring a deposition thickness of a material layer on a substrate, comprising:
A material layer is formed by depositing a material on the deposition thickness monitor region provided at a predetermined location near the substrate or the substrate and on the substrate,
Irradiate the deposited thickness monitor region with ultraviolet light or light having a wavelength range of 200 nm to 900 nm, and detect light emitted from the material layer;
A deposition thickness measurement method comprising measuring a deposition thickness of a material layer formed on a substrate based on detected light intensity.
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