DE10191368B4

DE10191368B4 - Vorrichtung zur Prüfung einer plasmapolymerisierten Polymerschicht unter Verwendung eines UV-Spektrometers

Info

Publication number: DE10191368B4
Application number: DE10191368T
Authority: DE
Inventors: Sung Hee Changwon Kang; Hysun Uk Changwon Lee
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: US6764550B2; WO2001086687A1; KR20010077661A; CN1363111A; JP2003532879A; AU3611701A; KR100332802B1; DE10191368T1; US20030047137A1

Abstract

Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften einer plasmapolymerisierten Polymerschicht unter Verwendung eines UV-Spektrometers 12, welches eine Polymerisierungskammer 1 zur Bildung einer polymerisierten Polymerschicht auf einer Oberfläche eines Substrats 2 durch Plasmaabgabe, einen UV-Prüfkopf 11, der berührungslos zur polymerisierten Polymerschicht angeordnet ist, welche in der Polymerisierungskammer 1 gebildet wird, und UV-Strahlung an die Polymerschicht sendet und von ihr empfängt, und ein UV-Spektrometer 12, das ein Signal auswertet, welches vom UV-Prüfkopf 11 übermittelt wird, umfasst. Mit dieser Vorrichtung können die charakteristischen Merkmale der Oberfläche des Substrats 2, das eine Polymerschicht aufweist, welche fortlaufend durch Plasma polymerisiert wird, auf eine berührungslose Weise untersucht werden, und die Untersuchung kann durchgeführt werden, ohne die Verarbeitungsparameter wie den Vakuumgrad in der Kammer 1 zu beeinflussen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften einer plasmapolymerisierten Polymerschicht unter Verwendung eines UV-Spektrometers.

Technischer Hintergrund

Herkömmlicherweise wird, um eine Oberfläche eines Substrats durch Synthetisieren eines Polymers zu modifizieren, ein Ionenimplantations- oder ein Ionenbestrahlungsverfahren mit hohem Energieaufwand (Dutzende keV - wenige MeV) verwendet, oder ein Polymer wird unter Verwendung einer Ionenstrahlsprühablagerung, die eine Ionenquelle verwendet, welche Partikel einer verhältnismäßig niedrigen Energie (0 - wenige keV) erzeugt, unter Verwendung einer Mehrfachionenstrahlablagerung oder unter Verwendung einer ionengestützten Ablagerung auf einer Oberfläche eines Substrats abgelagert.

Ein derartiges Verfahren weist jedoch dahingehend Nachteile auf, dass es eine verhältnismäßig hohe Energie und hohen Vakuumzustand erfordert, es nicht leicht ist, Polymer zu synthetisieren, und hohe Kosten entstehen.

Es wurde daher ein Oberflächenmodifikationsverfahren geplant, welches Plasma verwendet, das imstande ist, bei niedriger Energie und niedrigem Vakuumzustand Polymer auf dem Substrat zu bilden.

Bei diesem Verfahren wird eine Kammer in Vakuumzustand versetzt, in welche ein reaktives Gas eingeführt wird, das Monomere eines Materials, welches synthetisiert werden soll, enthält, und das dann durch einen direkten Strom oder eine hohe Frequenz durch Verwendung eines Netzgeräts abgegeben wird. Dann wird Plasma des reaktiven Gases erzeugt, von dem vorher bestimmte Ionen zu dem Substrat oder zu einer Elektrode bewegt werden, um darauf ein bestimmtes Polymer zu synthetisieren.

Dabei werden in Abhängigkeit von der Art der reaktiven Gase, des Mischungsverhältnisses der reaktiven Gase, des direkten Stromes/Spannung, einer hohen Frequenzleistung oder einer Ablagerungszeit usw. verschiedene chemische Verbindungen hergestellt, so dass die Oberfläche des Substrats ohne Beeinflussung der dem Substrat innewohnenden charakteristischen Merkmale modifiziert werden kann, indem Polymere, welche erforderliche physikalische Eigenschaften wie Oberflächenfestigkeit, Adhäsion/Adsorption und Hydrophilie/Hydrophobie aufweisen, auf der Oberfläche eines Substrats abgelagert werden.

1 zeigt eine schematische Ansicht, welche den Bau einer Plasmapolymerisierungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.

Wie in 1 dargestellt, wird die Plasmapolymerisierung in einer Polymerisierungskammer 1 durchgeführt, die einen Gaseinlass 7, einen Gasauslass 8, eine Vakuumpumpe 9 und eine Elektrode 3 umfasst, welche eine Spannungsdifferenz im Substrat erzeugt.

Zur Polymerisierung wird die Vakuumpumpe 9 in Betrieb gesetzt, um einen gewünschten Vakuumgrad zu erhalten, ein reaktives Gas wird durch den Gaseinlass 7 eingeführt, das Substrat wird durch Durchlaufen einer Abspulkammer 4 und einer Walze 6 in eine Aufspulkammer 5 befördert, währenddessen wird eine Spannung auf die Elektrode der Polymerisierungskammer 1 angewendet, um eine Spannungsdifferenz für das Substrat 2 zu erzeugen. Danach wird, wenn das reaktive Gas dem Substrat 2 induziert wird, Plasma abgegeben.

Wenn das Plasma abgegeben wird, werden die molekularen Bindungen des reaktiven Gases getrennt, und die dabei erzeugten Teilchen werden als aktivierte positive oder negative Ionen zur Bildung eines Polymers auf der Oberfläche des Substrats 2 gebunden, welches zwischen den Elektroden verläuft.

Die DE 43 43 155 A1 offenbart ein Verfahren zur Analyse von Fehlern in Ausgangsprodukten von Polymerisationsreaktoren. Eine Probe des Ausgangsprodukts des Polymerisationsreaktors wird durch Kompression zwischen Quetschwalzen in Bandform umgewandelt und auf eine Spule gewickelt. Die Bandspule wird zu einer Bandanalyseeinheit transportiert und das Band durch eine Prüfzone zu einer Aufwickelspule geführt. In der Prüfzone wird das Band über UV-Licht auf Fehler untersucht.

Aus der US 5 032 435 ist ein Verfahren zur Aufzeichnung und Kontrolle der Wachstumsrate dünner Filme in einer Atmosphäre aus Reaktantengas bekannt. Die UV-Absorption dieser Atmosphäre wird gemessen und hieraus der Partialdruck des Gases bestimmt.

Die US 5 770 097 beschreibt ein Verfahren zum selektiven Ätzen durch Überwachung der Ätzmittelkonzentrationen mittels UV-Spektroskopie.

Die EP 0 648 858 A1 offenbart ein Verfahren zum Beschichten einer Plasmaätzkammer.

Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurde jedoch noch kein Verfahren zur effektiven Prüfung der Eigenschaften einer Polymerschicht vorgeschlagen, die auf der Oberfläche des Substrats 2 polymerisiert, fortlaufend modifiziert und in einer Rollenform in der Aufspulkammer aufgespult wird.

Beschreibung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften einer Polymerschicht bereitzustellen, welche auf einer Oberfläche nach fortlaufender Verarbeitung gebildet wird, ohne die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Polymerschicht zu beeinflussen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur effektiven Prüfung der Eigenschaften einer Polymerschicht bereitzustellen, ohne Verarbeitungsparameter wie den Vakuumgrad der Polymerisierungskammer zu beeinflussen.

Zur Erfüllung der oben genannten Aufgaben wird eine Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften einer plasmapolymerisierten Polymerschicht unter Verwendung eines UV-Spektrometers vorgesehen, die eine Polymerisierungskammer zur Bildung einer polymerisierten Polymerschicht auf einer Oberfläche eines Substrats durch Plasmaabgabe, einen UV-Prüfkopf, der berührungslos zur polymerisierten, in der Polymerisierungskammer gebildeten Polymerschicht angeordnet ist und UV-Strahlung an die Polymerschicht sendet und von ihr empfängt, und ein UV-Spektrometer umfasst, das ein Signal auswertet, welches vom UV-Prüfkopf übermittelt wird.

Der UV-Prüfkopf wird vorzugsweise von der Kammer isoliert und über einem für UV-Strahlung durchlässigen Durchlassteil angebracht.

Vorzugsweise weist die Kammer ein Loch auf, in welchem das Durchlassteil angebracht wird, damit es dicht an der Kammer angeordnet ist.

Zusätzlich kann ein Haltemittel für den UV-Prüfkopf zur Einstellung der Höhe des UV-Prüfkopfes an einer Außenwand der Kammer angebracht sein.

Das Durchlassteil kann ferner aus Kristall oder Calciumfluorid gefertigt sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer oberflächenmodifizierenden Vorrichtung, welche Plasma verwendet, gemäß dem Stand der Technik;
2 ist eine schematische Ansicht, welche den Bau eines UV-Prüfkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Zeichnung, welche den Bau eines UV-Prüfkopfs und eines Durchlassteils, angebracht gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, darstellt, um eine vergrößerte Ansicht von Abschnitt „A„ von 2 zu zeigen.
Durchführungsmodus der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Erfinder haben festgestellt, dass zur Prüfung der Eigenschaften einer Polymerschicht, die unter Verwendung von Plasma auf einer Oberfläche eines Substrats aufgebracht ist, ohne die physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Polymerschicht zu beeinflussen, eine berührungslose Eigenschaftsbewertung durchgeführt werden sollte und dass ein UV-Spektrometer für eine berührungslose Bewertung vorzuziehen ist, um die – vorliegende Erfindung zu vervollständigen.
Außerdem haben die Erfinder festgestellt, dass beim Prüfen der Eigenschaften einer Polymerschicht, die fortlaufend auf der Oberfläche eines Substrats polymerisiert wird, Verarbeitungsparameter wie der Vakuumgrad in der Polymerisierungskammer, in welcher das Polymerisieren einer Polymerschicht auf der Oberfläche des Substrats verläuft, aufrechterhalten werden sollte. Folglich erforschten die Erfinder ein Verfahren zur Prüfung der Eigenschaften einer Polymerschicht auf eine berührungslose Weise ohne die Verarbeitungsparameter der Polymerisierungskammer zu beeinflussen, um die Erfindung zu vervollständigen.
2 ist eine schematische Ansicht, welche den Bau eines UV-Prüfkopfs 11 zeigt, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
Wie in 2 gezeigt, ist ein UV-Prüfkopf 11 in einem Durchgang zwischen einer Polymerisierungskammer 1 und einer Aufspulkammer 5 angebracht. Der UV-Prüfkopf 11 ist durch ein Kabel 13 mit einem UV-Spektrometer 12 verbunden.
Da der UV-Prüfkopf 11 so befestigt ist, dass er die Polymerschicht, welche auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird, nicht berührt, und dorthin sendet und von dort empfängt, beeinflusst er die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Polymerschicht nicht.
Obwohl der UV-Prüfkopf 11 im Durchgang zwischen der Polymerisierungskammer 1 und der Aufspulkammer 5 befestigt ist, kann der UV-Prüfkopf an jeder Stelle befestigt werden, solange er UV-Strahlung an die Polymerschicht senden und von dort empfangen kann, nachdem die Polymerschicht vollständig durch Plasma polymerisiert ist.
Das heißt, der UV-Prüfkopf kann an einer entsprechenden Position in der Aufspulkammer oder an einem Endabschnitt der Polymerisierungskammer befestigt werden.
In dem Fall, in dem der UV-Prüfkopf, wie in 2 dargestellt, in den Durchgang eingeführt wird, beeinflusst ein unvollständiges Isolieren des UV-Prüfkopfs von der Kammer nicht nur die Verarbeitungsparameter, wie den Vakuumgrad der plasmapolymerisierenden Kammer 1, sondern erschwert auch den Betrieb des UV-Prüfkopfs 11, welcher in der Polymerisierungskammer angebracht ist.
3 ist eine Zeichnung, die einen UV-Prüfkopf 11 und ein Durchlassteil 14, angebracht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wodurch das Problem des ersten Ausführungsbeispiels gelöst wird, und eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts „A„ von 2 darstellt.
Zum Anbringen des UV-Prüfkopfs 11 wird eine lochähnliche Struktur an der Außenwand der Kammer gebildet, vor welcher das Durchlassteil 14 angebracht wird.
Das Durchlassteil 14 wird von einer Durchlassteilhalterung 16 festgehalten, und der UV-Prüfkopf 11 wird von einer UV-Prüfkopfhalterung 15 festgehalten, so dass die Höhe des UV-Prüfkopfes leicht gesteuert werden kann. Das heißt, wenn das Durchlassteil 14 isoliert ist, beeinflusst es die Verarbeitungsparameter, wie den Vakuumgrad in der Kammer, nicht.
Auch wenn 3 nur zeigt, dass das Durchlassteil nur durch Anbringen der Sendeteilhalterung 16 von der Kammer isoliert werden kann, kann das Durchlassteil doch auch an der Außenwand der Kammer selbst gebildet werden.
Auch wenn 3 die Ausbildung der lochähnlichen Struktur an der Außenwand der Kammer zeigt, wie oben erwähnt, ist es außerdem auch möglich, das Sendeteil an der Außenwand der Kammer selbst zu bilden. In diesem Falle würde der UV-Prüfkopf 11 über dem Durchlassteil 14 angebracht werden.
Auf diese Weise können im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften der polymerisierten Polymerschicht auf die berührungslose Art ohne die Verarbeitungsparameter wie den Vakuumgrad in der Kammer bewertet werden, und der UV-Prüfkopf 11 kann leicht gehandhabt werden. Außerdem kann durch das Anbringen des Durchlassteils der Sensor des UV-Prüfkopfs geschützt werden.
Das Durchlassteil ist aus einem Material gefertigt, welches eine gute Ultraviolett- (UV-) Übertragung aufweist. Da die Wellenlänge des UV-Spektrometers 200 bis 900 nm beträgt, wird das Sendeteil vorzugsweise aus Kristall (SiO₂) oder Calciumfluorid (CaF₂) gefertigt, welche auf dieser Wellenlänge gut übertragen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie insoweit beschrieben, können gemäß der Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften einer plasmapolymerisierten Polymerschicht unter Verwendung eines UV-Spektrometers die charakteristischen Merkmale der Oberfläche des Substrats, das eine Polymerschicht aufweist, welche fortlaufend durch Plasma polymerisiert wird, auf eine berührungslose Art bewertet werden, und die Bewertung kann durchgeführt werden, ohne die Verarbeitungsparameter wie den Vakuumgrad in der Kammer zu beeinflussen.

Claims

Vorrichtung zur Prüfung der Eigenschaften einer plasmapolymerisierten Polymerschicht unter Verwendung eines UV-Spektrometers (12), umfassend: eine Polymerisierungskammer (1) zur Bildung einer polymerisierten Polymerschicht auf einer Oberfläche eines Substrats (2) durch Plasmaabgabe; einen UV-Prüfkopf (11), der berührungslos zur polymerisierten Polymerschicht angeordnet ist, welche in der Polymerisierungskammer (1) gebildet wird und UV-Strahlung an die Polymerschicht sendet und von ihr empfängt; und ein UV-Spektrometer (12), das ein Signal auswertet, welches vom UV-Prüfkopf (11) übermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der UV-Prüfkopf (11) von der Kammer (1) isoliert und über einem für UV-Strahlung durchlässigen Durchlassteil (14) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kammer (1) ein Loch aufweist, in welchem das Durchlassteil (14) angebracht ist, damit es dicht an der Kammer (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei zusätzlich ein Haltemittel (15) für den UV-Prüfkopf (11) zur Einstellung der Höhe des UV-Prüfkopfs (11) an einer Außenwand der Kammer (1) angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Durchlassteil (14) aus Kristall oder Calciumfluorid gefertigt ist.