成膜装置、有机膜的膜厚测量方法以及有机膜用膜厚传感器制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能进行有机膜的成膜速率控制和高精度膜厚测量的成膜装置、有机膜的膜厚测量方法和有机膜用膜厚传感器。成膜装置(10)具有真空腔室(11)、有机材料源(12)、基板架(13)、膜厚传感器(14)和测量单元(17)。有机材料源(12)配置于真空腔室(11)的内部，能放出有机材料粒子。基板架(13)被构成为使其与有机材料源(12)相向配置且可保持基板(W)。膜厚传感器(14)配置在真空腔室(11)的内部且具有石英晶体谐振器，该石英晶体谐振器具有4MHz以下的基本频率。测量单元(17)根据所述石英晶体谐振器的谐振频率的变化来测量在基板架(13)上的基板(W)上沉积的有机膜的膜厚。

Film forming apparatus, method for measuring film thickness of organic film, and film thickness sensor for organic film

The invention provides a film forming device, a film thickness measuring method for an organic film, and a film thickness sensor for an organic film, which can be used for controlling the rate of formation of the organic film and the measurement of the film thickness. The film forming apparatus (10) has a vacuum chamber (11), an organic material source (a), a substrate holder (13), a film thickness sensor (14) and a measurement unit (17). The organic material source (12) is arranged in the interior of the vacuum chamber (11). The substrate holder (13) is configured to be disposed in opposite directions with the organic material source (12) and the substrate (W) can be maintained. The film thickness sensor (14) is arranged in the interior of the vacuum chamber (11) and is provided with a quartz crystal resonator which has a fundamental frequency of less than 4MHz. A measuring unit (17) measures the film thickness of the organic film deposited on the substrate (W) on the substrate holder () according to the variation of the resonance frequency of the quartz crystal resonator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有膜厚传感器的成膜装置、有机膜的膜厚测量方法以及有机膜用膜厚传感器。
技术介绍
现有技术中，在真空蒸镀装置等成膜装置中，为了测量在基板上成膜的膜的厚度和成膜速度而使用称为石英晶体微天平(QCM：Quartz Crystal Microbalance)方法的技术。该方法是利用了配置在腔室内的石英晶体谐振器(quartz-crystal：石英晶体谐振器/又称石英晶体/俗称晶振)的谐振频率的如下特性：即该谐振频率由于蒸镀物的沉积带来的质量增加而减少。因此，可通过测量石英晶体谐振器的谐振频率的变化来测量膜厚和成膜速度。近年来，在有机EL(Electro-Luminescence)元件的制造领域，广泛使用真空蒸镀法进行有机层的成膜。例如，在有机EL显示器等中，由于像素间的有机层膜厚的偏差会对图像质量产生较大影响，因此，需要进行高精度的膜厚控制。另一方面，对于这种膜厚传感器而言，随着镀膜量的增加，石英晶体谐振器的谐振频率逐步降低，当达到规定的频率时，频率的变动大到已经无法进行稳定的膜厚测量的程度。因此，当谐振频率降低了规定值以上时，则判断为石英晶体谐振器达到使用寿命而实施更换。为了易于进行该更换，例如在专利文献1中记载有一种传感器头，该传感器头构成为：使其保持具有5MHz谐振频率的多个石英晶体谐振器板，并且可分别切换所使用的各石英晶体谐振器板。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：日本专利技术专利公开公报特开2003-139505号【专利技术要解决的技术问题】然而，石英晶体谐振器对于有机膜附着的谐振特性，相比对于金属膜或金属化合物膜附着的谐振特性明显退化，因此，存在无法进行稳定的成膜速率控制及膜厚控制的问题。另外，石英晶体谐振器的使用寿命较短而需要频繁更换石英晶体谐振器。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可高精度地进行有机膜的成膜速率控制和膜厚测量的的成膜装置、有机膜的膜厚测量方法和有机膜用膜厚传感器。【用于解决问题的技术方案】本专利技术的一个方式的成膜装置具有真空腔室、有机材料源、基板架、膜厚传感器和测量单元。所述有机材料源配置于所述真空腔室的内部，可放出有机材料粒子。所述基板架构成为：使其与所述有机材料源相向配置且可保持基板。所述膜厚传感器配置在所述真空腔室的内部，并且具有石英晶体谐振器，该石英晶体谐振器具有4MHz以下的基本频率(基频)。所述测量单元根据所述石英晶体谐振器的谐振频率的变化，来测量在所述基板架上的基板上沉积的有机膜的膜厚。在所述成膜装置中，从有机材料源放出的有机材料粒子沉积在基板架上的基板的表面，并且沉积在膜厚传感器的石英晶体谐振器的表面。石英晶体谐振器的谐振频率随着有机材料粒子的沉积量增加而减少。测量单元根据石英晶体谐振器上的谐振频率的变化，测量在基板上形成的有机膜的膜厚。在此，在所述成膜装置中，膜厚传感器的石英晶体谐振器由具有4MHz以下的基本频率的石英晶体谐振器构成。因此，与具有5MHz以上的基本频率的石英晶体谐振器相比较，能够将基于有机膜附着的等效电阻和半值频率宽度的增加量控制在较低程度，确保长期稳定的共振振动。据此，可高精度地测量有机膜的膜厚和成膜速率。所述石英晶体谐振器的典型结构是，由AT切割石英晶体谐振器或者SC切割石英晶体谐振器构成。优选所述测量单元具有振荡电路、基准信号生成电路、混频电路、计数器和控制器。所述振荡电路使所述石英晶体谐振器振荡。所述基准信号生成电路生成基准频率的信号。所述混频电路将从所述振荡电路输出的信号和所述基准频率的信号混合。所述计数器测量由所述混频电路生成的信号中低频分量的信号的频率。所述控制器根据由所述计数器测量的频率和所述基准频率之差，来算出所述振荡电路的振荡频率。据此，即使在使用4MHz以下的相对较低的振荡频率的石英晶体谐振器时，也能够维持高频率分辨率。本专利技术一个方式的膜厚测量方法包括使从有机材料源放出的有机材料粒子在基板上沉积。使所述有机材料粒子沉积于以4MHz以下的谐振频率振动的石英晶体谐振器上。根据所述石英晶体谐振器的谐振频率的变化，来测量沉积于所述基板上的所述有机材料粒子的膜厚。据此，能够高精度地测量有机膜的膜厚和成膜速率。本专利技术一个方式的有机膜用膜厚传感器具有石英晶体谐振器，所述石英晶体谐振器具有4MHz以下的基本频率。据此，可高精度地测量有机膜的膜厚和成膜速率。【专利技术的效果】如上所述，根据本专利技术，能够进行高精度的有机膜的成膜速率控制和膜厚测量。附图说明图1是表示本专利技术一个实施方式的成膜装置的概略剖视图。图2是所述成膜装置的膜厚传感器的概略结构图。图3是所述膜厚传感器的石英晶体谐振器的主视图。图4是所述膜厚传感器的石英晶体谐振器的后视图。图5是表示基本频率不同的多个石英晶体谐振器的各等效电阻的一个实验结果。图6是表示基本频率不同的多个石英晶体谐振器的各半值频率宽度的一个实验结果。图7是使用基本频率5MHz的石英晶体谐振器来测量有机膜(Alq3(三(8-羟基喹啉)铝))的成膜速率时的一个实验结果。图8是使用基本频率4MHz的石英晶体谐振器来测量有机膜(Alq3(三(8-羟基喹啉)铝))的成膜速率时的一个实验结果。图9是表示基本频率不同的多个石英晶体谐振器的各温度特性的一个实验结果。图10是表示基本频率不同的多个石英晶体谐振器的各热冲击特性的一个实验结果。图11是表示所述成膜装置的测量单元的结构的框图。图12是每隔5分钟依次切换12个石英晶体谐振器而测量成膜速率的一个实验结果。图13是标绘出图12的各石英晶体谐振器的平均速率的偏差的图。图14是表示对基本频率5MHz的石英晶体谐振器而言，比较将成膜面的表面粗糙度(Ra)为0.27μm的12个石英晶体谐振器(样本1)依次切换时的测量速率的偏差和将所述表面粗糙度(Ra)为0.02μm的12个石英晶体谐振器(样本2)依次切换时的测量速率的偏差的图。图15是表示对基本频率4MHz的石英晶体谐振器而言，将成膜面的表面粗糙度(Ra)为0.02μm的12个石英晶体谐振器(样本3)依次切换时的测量速率的偏差的图。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。[成膜装置]图1是表示本专利技术一个实施方式的成膜装置的概略剖视图。本实施方式的成膜装置构成为：使其作为用于有机膜成膜的真空蒸镀装置。本实施方式的成膜装置10具有：真空腔室11；有机材料源12，其配置在真空腔室11的内部；基板架13，其与有机材料源12相向配置；和膜厚传感器14，其配置在真空腔室11的内部。真空腔室11构成为：使其与真空排气系统15连接，且内部可排气至规定的减压氛围(气体环境)且保持该氛围。有机材料源12为可放出有机材料粒子的结构。在本实施方式中，有机材料源12构成将有机材料加热蒸发且放出有机材料粒子的蒸发源。蒸发源的种类没有特别的限定，可适用电阻加热式、感应加热式、电子束加热式等各种方式。基板架13被构成为：能朝向有机材料源12来保持半导体晶片或玻璃基板等成膜对象即基板W。膜厚传感器14内置有具有规定基本频率(固有振动频率)的石英晶体谐振器，并且如后述那样构成传感器头，该传感器头用于测量沉积于基板W的有机膜的膜厚和成膜速率。膜厚传感器14配置在真空腔室11的内部，位于与有机材料源12相向的位置。典型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成膜装置，其特征在于，具有：真空腔室；有机材料源，其配置于所述真空腔室的内部，且能放出有机材料粒子；基板架，其与所述有机材料源相向配置，且被构成为能保持基板；膜厚传感器，其配置在所述真空腔室的内部，且具有石英晶体谐振器，该石英晶体谐振器具有4MHz以下的基本频率；和测量单元，其根据所述石英晶体谐振器的谐振频率的变化，来测量在所述基板架上的基板上沉积的有机膜的膜厚。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.26 JP 2014-1078161.一种成膜装置，其特征在于，具有：真空腔室；有机材料源，其配置于所述真空腔室的内部，且能放出有机材料粒子；基板架，其与所述有机材料源相向配置，且被构成为能保持基板；膜厚传感器，其配置在所述真空腔室的内部，且具有石英晶体谐振器，该石英晶体谐振器具有4MHz以下的基本频率；和测量单元，其根据所述石英晶体谐振器的谐振频率的变化，来测量在所述基板架上的基板上沉积的有机膜的膜厚。2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述石英晶体谐振器为AT切割石英晶体谐振器或者为SC切割石英晶体谐振器。3.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，所述测量单元具有：振荡电路，其使所述石英晶体谐振器振荡；基准信号生成电路，其生成基准频率的信号；混频电路，其将从所述振荡电路输出的信号和所述基准频率的信号混合；计数器，其测量由所述混频电路生成的信号中低频分量的信号频率；和控制器，其根据由所述计数器测量到的频...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤敦，深尾万里，小林义和，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：日本;JP