KR100611883B1

KR100611883B1 - 증착시스템 및 이에 사용되는 증착두께 측정방법

Info

Publication number: KR100611883B1
Application number: KR1020050000968A
Authority: KR
Inventors: 황민정; 이성호
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-08-11
Also published as: CN1824829A; TW200628625A; TWI293337B; JP4611884B2; CN100582294C; JP2006188762A; US20060147613A1; KR20060080486A

Abstract

본 발명은 증착두께 측정방법 및 이를 사용한 증착시스템에 관한 것으로서, 진공챔버와; 상기 진공챔버의 일측에 설치된 기판과; 상기 진공챔버의 타측에 설치되고 상기 기판을 향해 목표 증착율로 증착물질을 분사하는 증착원과; 상기 증착원으로부터 분사되는 증착물질의 증착율을 감지하는 증착율 측정센서와; 상기 감지된 증착율과 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 상기 기판에 형성되는 증착두께를 환산하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 증착원으로부터 분사되는 유기기상물질의 증착율과 이를 측정하는 크리스탈 센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 기판에 형성되는 증착두께를 환산하여 기판에서의 실제 증착두께와 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있다.

증착율, 크리스탈 센서, 라이프 길이

Description

증착시스템 및 이에 사용되는 증착두께 측정방법{DEPOSITION SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING THE DEPOSITION THICKNESS IN THE DEPOSITION SYSTEM}

도 1은 크리스탈 센서의 라이프 길이에 따른 두께 변화를 나타내는 그래프;

도 2는 크리스탈 센서의 증착율 감지에 의한 환산 증착두께와 기판에서의 실제 증착두께를 비교하여 나타낸 그래프;

도 3은 크리스탈 센서에 의해 증착율 감지가 수행되는 진공증착 시스템을 나타낸 도면;

도 4는 증착원이 성막영역에 위치하는 상태를 나타내는 진공증착 시스템을 나타내는 도면;

도 5는 본 발명에 따라서 환산 증착두께와 기판에서의 실제 증착두께를 비교하여 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 진공챔버

20 : 증착원

30 : 기판

40 : 마스크

50 : 척

100 : 증착시스템

본 발명은 증착원에서 분사되는 물질의 증착두께를 측정하기 위한 방법 및 이를 사용한 증착시스템에 관한 것이고, 더 상세하게는 수직 상하방향으로 이동하는 증착원에서 분사되는 유기기상물질의 증착율로부터 기판에 형성되는 증착두께를 정확하게 환산할 수 있는 방법 및 이를 사용한 증착시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 평판 디스플레이 중의 하나인 전계발광 디스플레이 장치는 발광층으로 사용하는 물질에 따라서 무기전계발광 디스플레이 장치와, 유기전계발광 디스플레이 장치로 구분되고, 유기전계발광 디스플레이 장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량의 박형이면서 시야각이 넓을 뿐만 아니라 응답속도 또한 빠르다는 장점을 구비하고 있기 때문에 각광을 받고 있다.

이러한 유기전계발광 디스플레이 장치의 유기전계 발광소자는 기판 상에 적층식으로 형성되는 양극, 유기물층 및 음극으로 구성된다. 상기 유기물층은 정공과 전자가 재결합하여 여기자를 형성하고 빛을 방출하는 유기 발광층의 유기물층을 포함하고, 또한 정공과 전자를 유기 발광층으로 원활하게 수송하여 발광효율을 향상시키기 위하여 상기 음극과 유기 발광층 사이에 전자 주입층과 전자 수송층의 유 기물층을 개재시키면서 양극과 유기 발광층 사이에 정공 주입층과 전자 수송층의 유기물층을 개재시킨다.

상술된 구조로 이루어진 유기전계 발광소자는 일반적으로, 진공증착법, 이온 플레이팅법 및 스퍼터링법 등과 같은 물리기상 증착법 또는 가스 반응에 의한 화학기상 증착법으로 제작된다. 특히, 유기전계 발광소자의 유기물층을 형성하기 위해서는 진공중에서 유기물질을 증발시킴으로써 형성되는 유기기상물질을 기판에 증착시키는 진공증착법이 널리 사용되고 있으며, 이러한 진공증착법에는 진공챔버 내에서 증발되는 유기기상물질을 기판에 분사시키는 증착원(effusion cell)이 사용된다.

상기 증착원으로부터 분사되는 유기기상물질이 기판에 증착되어 소정의 유기물층을 형성한다. 그리고, 기판에 형성되는 유기물층의 증착두께를 측정하기 위하여 상기 증착원의 전방에 위치하는 두께측정센서, 예를 들어 상기 증착원으로부터 분사되는 유기기상물질의 증착율을 측정하는 크리스탈 센서(X-tal 센서)가 사용된다. 크리스탈 센서는 유기기상물질의 증착율을 감지하여 제어부으로 전송하면 제어부에서는 감지신호로부터 기판에 형성되는 증착두께를 환산하게 된다.

그러나, 크리스탈 센서의 증착율 감지에 의해서 환산되는 증착두께와 기판에 형성되는 실제 증착두께와는 차이가 발생하였다.

즉, 크리스탈 센서의 감지동작의 한 구간을 나타내는 도 1을 참조하면, 기호 A, B 및 C는 크리스탈 센서가 스위치되는 순간을 의미한다. 이때, 크리스탈 센서가 한번 스위칭된 후에 다시 스위칭될 때까지의 구간 길이, 즉 크리스탈 센서의 라 이프 길이가 증가함에 따라서 크리스탈 센서의 증착율 감지에 의해서 환산되는 증착두께가 점차적으로 감소하여짐을 알 수 있다.

이를 상설하면, 크리스탈 센서는 기호(A)에서 스위칭된 후에 증착기판(1108-4)에 유기물층을 형성하기 위하여 증착원으로부터 분사되는 유기기상물질의 증착율을 처음으로 감지한다. 이때, 제어부는 크리스탈 센서로부터의 감지신호에 의해서 약 1000Å의 증착두께를 환산한다. 그러나, 크리스탈 센서가 다시 스위칭되기 바로 전, 즉 기호(B) 바로 전까지 크리스탈 센서의 증착율 감지에 의해서 환산되는 증착두께는 점차적으로 감소됨을 알 수 있다. 특히, 기호(A, B 및 C)에서의 스위칭되기 바로 전의 증착기판, 즉 증착기판(1108-3, 1109-3 및 1109-7))에 유기물층을 형성할 때 크리스탈 센서의 증착율 감지에 의해서 환산되는 증착두께는 약 900Å으로 나타난다.

크리스탈 센서가 기호(A, B 및 C)에서 스위칭된 후의 증착기판, 즉 증착기판(1108-4, 1109-4 및 1109-8)에 유기물층을 형성할 때 크리스탈 센서가 유기기상물질의 증착율을 감지하고 이로부터 환산되는 증착두께는 약 1000Å임을 알 수 있다. 그리고, 크리스탈 센서의 라이프 길이가 증가할수록 증착율 감지에 의해서 환산되는 증착두께는 점차적으로 감소된다.

결과적으로, 크리스탈 센서의 라이프 길이가 증가함에 따라 실질적으로 기판에 증착되는 실제 증착두께는 정확하게 얻어질 수 없다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 크리스탈 센서의 증착율 감지에 의해서 환산되는 증착두께가 약 1000Å 이상으로 나타나는 경우에, 기판에 형성되는 실제 증착두 께는 크리스탈 센서의 라이프 길이가 증가함에 따라 감소됨을 알 수 있다.

따라서, 기판에 형성되는 증착두께를 실제 측정하지 않고도 정확하게 구할 수 있는 방안이 요구되었다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기판의 대형화에 대응하기 위한 수직 이동형 유기물 증착장치에 있어서 증착원으로부터 분사되는 유기기상물질의 증착율을 감지함으로써 기판에 형성되는 증착두께를 정확하게 환산할 수 있는 방법 및 이를 사용한 증착시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 증착시스템에서 증착두께 측정방법은 증착율 측정센서가 증착원으로부터 기판에 분사되는 물질의 증착율을 감지하는 단계와; 상기 감지된 증착율을 제어부에 전송하는 단계와; 상기 감지된 증착율과 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 상기 기판에 형성되는 증착두께를 환산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 변환식은 하기 식,

환산 증착두께 = β - α × 라이프 길이,

을 만족한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 증착시스템은 진공챔버와; 상기 진공챔버의 일측에 설치된 기판과; 상기 진공챔버의 타측에 설치되고 상기 기판을 향해 목표 증착율로 증착물질을 분사하는 증착원과; 상기 증착원으로부터 분사되는 증착물질의 증착율을 감지하는 증착율 측정센서와; 상기 감지된 증착율과 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 상기 기판에 형성되는 증착두께를 환산하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 증착율 측정센서는 크리스탈 센서이다.

더 바람직하게, 상기 제어부는 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이가 길어질수록 상기 증착물질의 목표 증착율이 증가하도록 상기 증착원의 작동을 제어한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그리고, 용어 '유기물질'은 기판에 유기물층을 형성하기 위하여 도가니에 액체상태 또는 고체상태로 저장되어 있는 물질을 의미하고, 용어 '유기기상물질'은 도가니를 가열할 때 유기물질이 증발함으로써 형성되는 기체상태의 물질을 의미한다. 이와 같이, 본 발명을 설명함에 있어서 사용되는 특정용어는 설명의 편리성을 위하여 정의된 것이므로 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고 또한 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니될 것이다.

먼저, 유기전계 발광소자의 유기물층을 형성하기 위한 진공증착법은 진공챔 버를 포함하는 진공증착 시스템에서 수행된다.

도 3을 참조하면, 진공증착 시스템(100)의 진공챔버(10)에는 유기물층을 형성하고자 하는 기판(30)과, 기판(30)의 전면에 설치되는 마스크(40)와, 마스크(40)로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 증착원(20)이 설치된다. 마스크(40)는 기판에 형성하고자 하는 유기물층에 대응하는 패턴이 형성되는 패턴형성부(가상선으로 표시됨)와, 마스크 프레임(미도시)에 용접을 통해서 고정되는 고정부로 구성된다.

도 4에 나타난 바와 같이, 증착원(20)은 진공챔버(10)의 버퍼영역(A)에서 예열과정 및 증착율 안정화 과정을 거친 후에 상하이동수단(미도시)의 작동에 의해서 진공챔버(10)의 성막영역(B)으로 이동한다. 성막영역(B)에서 증착원(20)으로부터 기판(30) 측으로 유기기상물질을 분사함으로써 기판(30)에 유기물층을 형성한다.

이때, 증착원(20)으로부터 분사되는 유기기상물질의 증착율은 증착원(20)의 전방에 위치하는 증착율 측정센서, 예를 들어 크리스탈 센서(26)에 의해서 감지된다. 크리스탈 센서(26)에 의해서 감지되는 유기기상물질의 증착율은 제어부(미도시)로 제공된다. 이 후에, 제어부는 상술된 감지신호를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 기판에 형성되는 증착두께를 환산한다.

상술된 바와 같이, 유기기상물질의 증착율을 매개변수로 하는 변환식으로부터 환산되는 증착두께는 크리스탈 센서(26)의 라이프 길이에 따라서 일정하지 않고 결과적으로 기판(30)에 증착되는 실제 증착두께를 정확하게 얻을 수 없다.

따라서, 본 발명에 따르면 유기기상물질의 증착율로부터 정확한 증착두께로 환산하기 위하여 크리스탈 센서의 라이프 길이를 매개변수로 추가한 변환식을 하기 와 같이 나타낸다.

두께 = β - α × 라이프 길이,

여기에서, α와 β는 상수이다.

한편, α와 β의 값은 유기물질의 종류, 목표 증착율, 기판에 형성하고자 하는 유기물층의 두께, 크리스탈 센서의 종류 또는 진공증착시스템의 종류에 따라서 가변될 수 있지만, 크리스탈 센서의 라이프 길이를 고려한 상술된 변환식의 기본형태는 변하지 않는다.

도 2를 다시 참조하면, 크리스탈 센서의 라이프 길이를 고려하지 않고 크리스탈 센서의 증착율 감지로부터 환산되는 증착두께와 기판에서의 실제 증착두께는 크리스탈 센서의 라이프 길이가 증가함에 따라서 차이가 발생함을 알 수 있었다.

그러나, 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라서 크리스탈 센서의 라이프 길이를 고려한 변환식으로부터 환산되는 증착두께와 기판에서의 실제 증착두께를 비교하면 이들사이에서 차이가 거의 없음을 알 수 있으며, 이때 환산되는 증착두께는 하기 변환식에 의해서 구해졌다.

환산 증착두께 = 1045 - 21.8 × 라이프 길이.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

본 발명에 따르면, 증착원으로부터 분사되는 유기기상물질의 증착율과 이를 측정하는 크리스탈 센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 기판에 형성되는 증착두께를 환산함으로써 기판에서의 실제 증착두께와 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있다.

Claims

증착율 측정센서가 증착원으로부터 기판에 분사되는 물질의 증착율을 감지하는 단계와;

상기 감지된 증착율을 제어부에 전송하는 단계와;

상기 감지된 증착율과 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 상기 기판에 형성되는 증착두께를 환산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 증착시스템에서 증착두께 측정방법.
제1항에 있어서,

상기 라이프 길이는 상기 증착율 측정센서가 스위칭된 후에 다시 스위칭될 때까지의 구간길이인 것을 특징으로 하는 증착시스템에서 증착두께 측정방법.
제1항에 있어서,

상기 증착율 측정센서는 크리스탈 센서인 것을 특징으로 하는 증착시스템에서 증착두께 측정방법.
제1항에 있어서,

상기 변환식은 하기 식,

환산 증착두께 = β - α × 라이프 길이,

의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 증착시스템에서 증착두께 측정방법.
진공챔버와;

상기 진공챔버의 일측에 설치된 기판과;

상기 진공챔버의 타측에 설치되고 상기 기판을 향해 목표 증착율로 증착물질을 분사하는 증착원과;

상기 증착원으로부터 분사되는 증착물질의 증착율을 감지하는 증착율 측정센서와;

상기 감지된 증착율과 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이를 매개변수로 하는 변환식에 의해서 상기 기판에 형성되는 증착두께를 환산하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 증착시스템.
제5항에 있어서,

상기 라이프 길이는 상기 증착율 측정센서가 스위칭된 후에 다시 스위칭될 때까지의 구간길이인 것을 특징으로 하는 증착시스템.
제6항에 있어서,

상기 증착율 측정센서는 크리스탈 센서인 것을 특징으로 하는 증착시스템.
제7항에 있어서,

상기 크리스탈 센서는 상기 증착원에 설치되는 것을 특징으로 하는 증착시스템.
제5항에 있어서,

상기 제어부는 상기 증착율 측정센서의 라이프 길이가 길어질수록 상기 증착물질의 목표 증착율이 증가하도록 상기 증착원의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 증착시스템.
제5항에 있어서,

상기 기판은 유기전계 발광소자용 기판인 것을 특징으로 하는 증착시스템.