JP2006188762A - 蒸着膜厚測定方法及び蒸着システム - Google Patents

Abstract

【課題】垂直上下方向に移動する蒸着源から噴射される有機気相物質の蒸着率から基板に形成される蒸着膜の厚さを正確に換算することができる蒸着膜厚測定方法及びこれを用いた蒸着システムを提供する。
【解決手段】蒸着率測定センサー２６が蒸着源２０から基板３０に噴射される物質の蒸着率を感知する段階と、感知された蒸着率を制御部に伝送する段階と、感知された蒸着率と蒸着率測定センサー２６のライフ数値を媒介変数とする変換式によって基板３０に形成される蒸着膜の厚さを換算する段階からなる。
【選択図】図４

Description

本発明は蒸着源から噴射される物質の蒸着膜の厚さを測定するための方法及びこれを用いた蒸着システムに関し、より詳細には、垂直上下方向に移動する蒸着源から噴射される有機気相物質の蒸着率から基板に形成される蒸着膜の厚さを正確に換算することができる方法及びこれを用いた蒸着システムに関する。

一般に、平板ディスプレイの中で一つである電界発光ディスプレイ装置は、発光層として使う物質によって無機電界発光ディスプレイ装置と、有機電界発光ディスプレイ装置に区分される。有機電界発光ディスプレイ装置は低電圧で駆動可能であり、軽量の薄型でありながら視野角が広いだけでなく、応答速度もまた速いという長所を具備しているため、脚光を浴びている。

このような有機電界発光ディスプレイ装置の有機電界発光素子は、基板上に積層式に形成される陽極、有機物層及び陰極で構成される。

前記有機物層は正孔と電子が再結合して励起子を形成して光を放出する有機発光層の有機物層を含み、また正孔と電子を有機発光層に円滑に輸送して発光效率を高めるために、前記陰極と有機発光層の間に電子注入層と電子輸送層の有機物層を介在させながら陽極と有機発光層の間に正孔注入層と正孔輸送層の有機物層を介在させる。

上述された構造からなる有機電界発光素子は、一般に、真空蒸着法、イオンプレーティング法及びスパッタリング法などのような物理気相蒸着法またはガス反応による化学気相蒸着法によって製作される。

特に、有機電界発光素子の有機物層を形成するためには、真空中で有機物質を蒸発させることで形成される有機気相物質を基板に蒸着させる真空蒸着法が広く使われており、このような真空蒸着法には真空チャンバ内で蒸発される有機気相物質を基板に噴射させる蒸着源（ｅｆｆｕｓｉｏｎ ｃｅｌｌ）が使用される。

前記蒸着源から噴射される有機気相物質が基板に蒸着されて所定の有機物層を形成する。そして、基板に形成される有機物層の実際に蒸着された有機物膜の厚さを測定するために前記蒸着源の前方に位置する厚さ測定センサー、例えば、前記蒸着源から噴射される有機気相物質の蒸着率を測定するクリスタルセンサー（Ｘ−ｔａｌセンサー）が使用される。

有機気相物質がクリスタルセンサーに蒸着すれば、クリスタルセンサーの振動数が変わるようになり、このような振動数の変化値が制御部に送られれば、制御部では振動数の変化値から基板に形成される蒸着膜の厚さを換算する。

しかし、クリスタルセンサーの蒸着率感知によって換算される蒸着膜の厚さと基板に実際に形成された蒸着膜の厚さと差が発生する。

すなわち、クリスタルセンサーの感知動作を現わす図１を参照すれば、記号Ａ、Ｂ及びＣは、新しいクリスタルセンサーを意味する。なお、図において、１１０８−３〜１１０９−９は基板のサンプル番号をあらわす。

第１クリスタルセンサーＡは、蒸着基板（１１０８−４〜１１０９−３）それぞれに形成される有機物層の蒸着厚さを測定し、第２クリスタルセンサーＢは、蒸着基板（１１０９−４〜１１０９−７）それぞれに形成される有機物層の蒸着厚さを測定する。

この時、一つのクリスタルセンサーが蒸着厚さの測定に使用された後に、新しいクリスタルセンサーが使用される前までの区間、すなわち、クリスタルセンサーのライフ区間内で厚さ測定の回数、例えば、ライフ数値が増加することによって実際の蒸着膜の厚さが漸次的に減少されることが分かる。

有機気相物質が蒸着された蒸着基板で有機気相物質の蒸着厚さは、測定ゲージによって前記蒸着基板の色んな位置で実際に測定し、このような測定値を平均した平均厚さ（ａｖｅ ｔｈｉｃｋ）を使用する。

図２を参照すれば、一つのクリスタルセンサーを使用して１１個の蒸着基板に蒸着される有機物層の蒸着厚さを測定する際、クリスタルセンサーの振動数変化値から換算される換算厚さ（Ｃｙｇｎｕｓ Ｔｈｉｃｋ）は、クリスタルセンサーのライフ区間内で約１０００Å程度で一定する反面、測定ゲージ（図示せず）を使用して実際に測定される実際測定厚さ（平均厚さ）は、クリスタルセンサーのライフ数値が増加するにつれて減少することが分かる。

即ち、クリスタルセンサーがスイッチングされた後、蒸着基板（１０−１）で有機物層の換算厚さは約１０００Å程度に換算され、また、これの実際測定厚さも約１０００Å程度である。しかし、最後の蒸着基板（１０−１１）で有機物層の換算厚さは約１０００Å程度である反面、実際測定厚さは約８００Å程度である。

結果的に、クリスタルセンサーのライフ数値が増加することによって実質的に基板に蒸着される実際の蒸着膜の厚さは正確に得ることができない。

したがって、基板に形成される蒸着膜の厚さを実際に測定しなくても正確に求めることができる方案が要求された。

前記従来の蒸着システム及びこれに使われる蒸着膜厚さの測定方法に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１及び２等がある。
韓国特許公開第２０００−２５９３２号明細書 韓国実用新案公開第１９９９−７０７号明細書

本発明は、上記従来の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は基板の大型化に対応するための垂直移動型有機物蒸着装置において、蒸着源から噴射される有機気相物質の蒸着率を感知することによって基板に形成される蒸着膜の厚さを正確に得ることのできる蒸着膜厚測定方法及びこれを用いた蒸着システムを提供することである。

前記目的を果たすために、本発明による蒸着システムの蒸着膜厚測定方法は、蒸着率測定センサーが蒸着源から基板に噴射される物質の蒸着率を感知する段階と、前記感知された蒸着率と前記蒸着率測定センサーのライフ数値を媒介変数とする変換式によって前記基板に形成される蒸着膜の厚さを算出する段階と、を有することを特徴とする。

望ましくは、前記変換式は下記（１）式の関係を満足させることを特徴とする。

蒸着膜厚さ＝β−α×ライフ数値 …（１）
（ただし（１）式中、α及びβはの常数である。）
また、本発明の実施形態によれば、蒸着システムは真空チャンバと、前記真空チャンバの一側に設置された基板と、前記真空チャンバの他側に設置されて前記基板に向けて目標蒸着率で蒸着物質を噴射する蒸着源と、前記蒸着源から噴射される蒸着物質の蒸着率を感知する蒸着率測定センサーと、前記感知された蒸着率と前記蒸着率測定センサーのライフ数値を媒介変数とする変換式によって前記基板に形成される蒸着膜の厚さを算出する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明において、望ましくは、前記蒸着率測定センサーはクリスタルセンサーである。より望ましくは、前記制御部は前記蒸着率測定センサーのライフ数値が増加するほど前記蒸着物質の目標蒸着率が増加するように前記蒸着源の作動を制御する。

本発明によれば、蒸着源から噴射される有機気相物質の蒸着率とこれを測定するクリスタルセンサーのライフ数値を媒介変数とする変換式によって基板に形成される蒸着膜の厚さを換算することで、基板での実際蒸着膜の厚さとほとんど一致する結果を得ることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。そして、用語「有機物質」は、基板に有機物層を形成するためにるつぼに液体状態または固体状態に保存されている物質を意味し、用語「有機気相物質」はるつぼを加熱する時、有機物質が蒸発することで形成される気体状態の物質を意味する。

このように、本発明を説明するにあたり、使用される特定用語は説明の便利性のために定義されたので、当該分野に携わる技術者の意図または慣例などによって変わることができ、また本発明の技術的構成要素を限定する意味で理解されてはならない。

まず、有機電界発光素子の有機物層を形成するための真空蒸着法は、真空チャンバを含む真空蒸着システムで遂行される。

図３を参照すれば、真空蒸着システム１００の真空チャンバ１０には、有機物層を形成しようとする基板３０と、基板３０の前面に設置されるマスク４０と、マスク４０から所定間隔で離隔されている蒸着源２０が設置される。

マスク４０は基板に形成しようとする有機物層に対応するパターンが形成されるパターン形成部（仮想線で表示される）と、マスクフレーム（図示せず）に溶接によって固定される固定部で構成される。

図４に示されたように、蒸着源２０は真空チャンバ１０のバッファー領域Ａで予熱過程及び蒸着率安定化過程を経った後、上下移動手段（図示せず）の作動によって真空チャンバ１０の成膜領域Ｂに移動する。成膜領域Ｂで蒸着源２０から基板３０側に有機気相物質を噴射することによって基板３０に有機物層を形成する。

この時、蒸着源２０から噴射される有機気相物質の蒸着率は、蒸着源２０の前方に位置する蒸着率測定センサー、例えば、クリスタルセンサー２６の振動数変化によって感知される。クリスタルセンサー２６の振動数変化によって感知される有機気相物質の蒸着率は、制御部（図示せず）に提供される。その後、制御部は上述された振動数変化を媒介変数とする変換式によって基板に形成される蒸着膜の厚さを換算する。制御部は、具体的には、例えばコンピュータである。もちろん、このコンピュータは蒸着システム内の制御部であってもよいし、クリスタルセンサー２６から信号を受けることでパソコンなどを使用することもできる。

上述したように、有機気相物質の蒸着率を媒介変数とする変換式によって換算される蒸着膜の厚さは、クリスタルセンサー２６のライフ区間内でライフ数値によって一定ではなく、結果的に基板３０に蒸着される実際の蒸着膜の厚さを正確に得ることができない。したがって、本発明によれば有機気相物質の蒸着率から正確な蒸着膜の厚さに換算するために、クリスタルセンサーのライフ数値を媒介変数として追加した変換式を下記（１）式のように示す。

蒸着膜厚さ＝β−α×ライフ数値 …（１）
ここで、α及びβはの常数である。

αとβの値は、有機物質の種類、目標蒸着率、基板に形成しようとする有機物層の厚さ、クリスタルセンサーの種類、または真空蒸着システムの種類にしたがって可変されうるが、クリスタルセンサーのライフ数値を考慮した上述の変換式の基本形態は変わらない。

図２を再度参照すれば、クリスタルセンサーのライフ数値を考慮せずにクリスタルセンサーの蒸着率感知から換算される換算厚さと基板での実際の蒸着膜の厚さは、クリスタルセンサーのライフ数値が増加することによって差が発生することが分かった。

しかし、図５に示されたように、本発明にしたがってクリスタルセンサーのライフ数値を考慮した変換式によって換算される換算蒸着厚さと基板での実際の蒸着膜の厚さを比べると、これらの間に差がほとんどないことが分かる。このとき、換算される換算蒸着厚さは、下記変換式によって求められた。

換算蒸着膜厚さ＝１０４５−２１．８×ライフ数値
すなわち、図５は図２に示された換算厚さを本発明による換算蒸着厚さの変換式に代入して逆算したとき、逆算蒸着厚さを示すグラフであり、逆算蒸着厚さと実際の蒸着厚さは一致することが分かる。

したがって、制御部ではクリスタルセンサーのライフ数値が増加するほど有機気相物質の目標蒸着率が増加するように蒸着源の作動を制御する。ずなわち、制御部はクリスタルセンサーの振動数変化から得られる逆算蒸着厚さが目標蒸着厚さより小さく求められれば、蒸着源から供給される有機気相物質の供給量が増加するように蒸着源の作動を制御することになる。

図６に示されたように、本発明によってクリスタルセンサーのライフ数値が増加するにつれて蒸着源から供給される有機気相物質の供給量が増加するように蒸着源の作動を制御することによって基板に蒸着される蒸着物質の実際蒸着厚さとクリスタルセンサーの振動数変化から得られる換算蒸着厚さがほぼ一致することが分かる。

本発明は添付された図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができる。

クリスタルセンサーのライフ数値による厚さの変化を示すグラフである。 クリスタルセンサーの蒸着率感知による換算蒸着膜厚さと基板での実際の蒸着膜厚さを比べて示したグラフである。 クリスタルセンサーによって蒸着率感知が遂行される真空蒸着システムを示した図である。 蒸着源が成膜領域に位置する状態を示す真空蒸着システムを示した図である。 本発明にしたがって換算蒸着膜の厚さと基板での実際の蒸着膜の厚さを比べて示したグラフである。 本発明にしたがって約１０００Åに維持される換算蒸着厚さと実際の蒸着厚さを示したグラフである。

符号の説明

１０…真空チャンバ、
２０…蒸着源、
３０…基板、
４０…マスク、
５０…チャック、
１００…蒸着システム。

Claims (11)

1. 蒸着率測定センサーが蒸着源から基板に噴射される物質の蒸着率を感知する段階と、
   前記感知された蒸着率と前記蒸着率測定センサーのライフ数値を媒介変数とする変換式によって前記基板に形成される蒸着膜の厚さを算出する段階と、を有することを特徴とする蒸着膜厚測定方法。
2. 前記ライフ数値は、
   前記蒸着率測定センサーが蒸着率を感知したときから感知を終了したときまでのライフ区間の数値であることを特徴とする請求項１に記載の蒸着膜厚測定方法。
3. 前記蒸着率測定センサーは、
   クリスタルセンサーであることを特徴とする請求項１に記載の蒸着膜厚測定方法。
4. 前記変換式は、下記（１）式の関係を満足させることを特徴とする請求項１に記載の蒸着システムの蒸着膜厚測定方法。
   蒸着膜厚さ＝β−α×ライフ数値 …（１）
   （ただし（１）式中、α及びβはの常数である。）
5. 真空チャンバと、
   前記真空チャンバの一側に設置された基板と、
   前記真空チャンバの他側に設置されて前記基板に向けて目標蒸着率で蒸着物質を噴射する蒸着源と、
   前記蒸着源から噴射される蒸着物質の蒸着率を感知する蒸着率測定センサーと、
   前記感知された蒸着率と前記蒸着率測定センサーのライフ数値を媒介変数とする変換式によって前記基板に形成される蒸着膜の厚さを算出する制御部と、を有することを特徴とする蒸着システム。
6. 前記ライフ数値は、
   前記蒸着率測定センサーが蒸着率を感知したときから感知を終了したときまでのライフ区間の数値であることを特徴とする請求項５に記載の蒸着システム。
7. 前記蒸着率測定センサーは、
   クリスタルセンサーであることを特徴とする請求項６に記載の蒸着システム。
8. 前記クリスタルセンサーは、
   前記蒸着源に設置されることを特徴とする請求項７に記載の蒸着システム。
9. 前記制御部は、
   前記蒸着率測定センサーのライフ数値が増加するほど前記蒸着物質の目標蒸着率が増加するように前記蒸着源の作動を制御することを特徴とする請求項５に記載の蒸着システム。
10. 前記基板は、
    有機電界発光素子用基板であることを特徴とする請求項５に記載の蒸着システム。
11. 前記変換式は、下記式、の関係を満足させることを特徴とする請求項５に記載の蒸着システム。
    蒸着膜厚さ＝β−α×ライフ数値 …（１）
    （ただし（１）式中、α及びβはの常数である。）

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