KR101140766B1 - 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 증착기(100)의 증착박막 두께 측정센서부에 관한 것으로서, 기판(130)에 증착되는 박막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 센서(142)를 진공 챔버(110) 내에 차지하는 공간을 최소화하면서 다량으로 구비될 수 있게 하여 장시간 진공 상태 하에서 성막 공정을 행할 수 있게 하고, 각각의 개별 작동 센서에 증착 재료가 다량 증착되는 것을 방지하여 작동 센서의 수명을 연장시킬 수 있도록 구성한 것으로,
본 발명은 진공 챔버(110)와, 상기 진공 챔버(110) 저부에 구비되고 그 내부에 증착재료를 수용하며 그 외부에 가열 장치가 구비되는 증착원(120)과, 상기 증착원(120) 상측에 구비되고 상기 증착원(120)으로부터 기화 또는 승화된 증착 재료가 증착되는 기판(130)을 포함하는 진공증착기에서, 상기 진공 챔버(110) 내의 일측에 구비되며 상기 기판(130)에 증착되는 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 센서(142)가 다수개로 구비되는 센서부(140)에 있어서, 상기 센서부(140)는, 링 형태의 센서고정 프레임(141)이 구비되고, 상기 막 두께 측정 센서(142)가 상기 센서고정 프레임(141)의 외주면을 따라 간격을 두고 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부를 제시한다.

Description

진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부{The depth measurement sensor part of the evaporated thin film of the vacuum evaporating apparatus}
본 발명은 진공 증착기의 증착박막두께 측정장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 증착원에서 증발되는 증착재료에 의해 진공증착기의 기판에 증착되는 박막의 두께를 측정하는 증착박막 두께 측정 센서에 있어서, 진공 챔버 내에 차지하는 공간을 최소화하면서 다량으로 구비될 수 있게 하여 장시간 진공 상태 하에서 성막 공정을 행할 수 있게 하고, 각각의 개별 작동 센서에 증착 재료가 다량 증착되는 것을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있도록 구성된 증착박막 두께 측정 센서에 관한 것이다.
본 발명은 진공증착방법에 관한 것이며, 일반적으로 유기 발광 소장(OLED : Organic Light Emitted Diode)등을 제작하는데 있어서, 가장 중요한 공정인 기판에 유기막을 형성하기 위한 방법으로 진공 증착법이 주로 사용되고 있다.
도 1은 종래 진공 증착기를 개략적으로 나타내는 모식도로서, 도시된 바를 참조할 때, 상기 진공 증착법은 진공 챔버(10)의 하부에 증착원(20)과 그 상부에 성막용 기판인 피처리 기판(30)을 설치하여 박막을 형성하는 것으로서, 진공 증착법을 이용한 유기 박막 형성 장치의 개략적인 구성을 살펴 보면, 진공 챔버(10)에 연결된 진공 배기계가 존재하며, 이를 이용하여 진공 챔버(10)의 내부를 일정한 진공을 유지시킨 후, 진공 챔버(10)의 하부에 배치된 적어도 하나 이상의 증착원(20)으로부터 증착 재료를 증발시키도록 구성된다.
상기 증착원(20)은 그 내부에 박막재료인 유기물질 재료가 수용되는 도가니(crucible)와 상기 도가니의 주변에 감겨져 전기적으로 가열하는 가열장치로 구성된다. 따라서, 상기 가열 장치의 온도가 상승함에 따라 상기 도가니도 함께 가열되어 일정 온도가 되면 유기물이 증발되기 시작한다.
상기 진공 챔버의 내부에는 상기 증착원의 상부로부터 일정거리 떨어진 곳에 박막이 형성될 기판이 위치하게 되며, 상기 기판의 일측에는 두께 측정 헤드(thickness monitor head)(40)가 구비되고, 상기 두께 측정 헤드(40) 내부에 상기 기판에 증착되는 박막의 두께를 측정하기 위한 막 두께 측정 센서(41)가 구비된다.
상기 증착원(20)으로부터 증발된 유기물은 상기 기판으로 이동되어 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적인 과정을 거쳐 상기 기판 위에 고체화되어 얇은 박막을 형성한다. 이때, 상기 기판상에 형성되는 박막의 두께는 막 두께 측정 센서(41)에 의해 성막의 양을 측정하여 결정된다.
상기와 같은 종래기술에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 두께 측정 헤드(40)의 내부에는 일면에 다수의 막 두께 측정 센서(41)가 원주 형상으로 배열된 원판 및 상기 원판의 전면을 커버하도록 결합 되어 상기 다수의 센서 중 어느 하나만을 노출시키도록 개구된 커버(Cover)(50)로 구성된 리볼버 타입(revolver type)이 주로 사용되며, 상기 노출된 센서 표면에 증착 재료가 소정 이상의 두께로 증착되어 수명을 다하면 원판을 회전시켜 다른 센서로 교체 사용할 수 있기 때문에, 진공 챔버를 열지 않고 성막 공정을 진행할 수 있게 된다. 그러나, 상기와 같이 원판의 원주 상에 다수 개의 센서를 구비하는 경우, 한정된 원판의 공간에 설치할 수 있는 센서의 수가 소량으로 제한되어 진공 챔버 내에 설치되는 센서들의 교환주기가 상대적으로 짧은 문제점이 있으며,
또한, 노출된 하나의 개별 센서에 대해서도 막 두께 측정시 동안 계속하여 지속적으로 증착 재료에 노출되어 센서의 수명도 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 진공 챔버 내의 한정된 공간 내에 더 많은 막 두께 측정 센서가 구비될 수 있도록 하여 센서의 교체 주기에 따른 진공 챔버의 오픈 주기를 증가시키고,
또한, 다수의 막 두께 측정 센서 중 하나의 노출 센서에 대해서 증착 재료에 노출되는 시간을 단축시켜 개별 센서의 사용 수명을 증가시켜 진공 챔버의 오픈으로 인한 생산공정의 소요 경비를 줄일 수 있도록 한다.
보다 자세하게는, "진공 챔버에서의 진공 증착 공정 시간의 연장" 또는 진공증착의 실시간 증착속도 조절에 필요한 소모품인 막 두께 측정 센서가 정해진 수명을 다한 후 교체를 위해 진공챔버를 개방하는 주기를 주어진 최소의 공간 내에서 최대한의 막 두께 측정 센서를 탑재하도록 함으로써 진공증착 공정시간을 최대화하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 형태에서는, 진공 챔버(110)와, 상기 진공 챔버(110) 저부에 구비되고 그 내부에 증착재료를 수용하며 그 외부에 가열 장치가 구비되는 증착원(120)과, 상기 증착원(120) 상측에 구비되고 상기 증착원(120)으로부터 기화 또는 승화된 증착 재료가 증착되는 기판(130)을 포함하는 진공증착기에서, 상기 진공 챔버(110) 내의 일측에 구비되며 상기 기판(130)에 증착되는 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 센서(142)가 다수개로 구비되는 센서부(140)에 있어서, 상기 센서부(140)는, 링 형태의 센서고정 프레임(141)이 구비되고, 상기 막 두께 측정 센서(142)가 상기 센서고정 프레임(141)의 외주면을 따라 간격을 두고 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 진공 증착기(100)에 있어서, 상기 센서부(140)는,
상기 센서고정 프레임(141)이 회전가능하게 내부에 결합 되고, 상기 센서고정 프레임(141)에 구비되는 다수개의 상기 막 두께 측정 센서(142) 중 하나의 센서가 외부로 노출되게 노출홀(151)이 형성되는 케이스(150)를; 더 포함하여 구성될 수 있고,
바람직하게는, 상기 센서부(140)는, 상기 노출홀(151)을 가릴 수 있게 링 형태로 형성되고, 외주면을 따라 간격을 두고 다수개의 셔터홀(161)이 형성되며, 상기 케이스(150)의 외측으로 회전가능하게 결합 형성되는 셔터(160)를; 더 포함하여 구성될 수 있으며, 또한, 상기 센서부(140)는, 막 두께 측정 센서(142)가 더 많이 장착되도록 상기 센서고정 프레임(141)의 직경을 확대시켜 구성할 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 센서부(140)는, 인접하게 서로 적층되어 다수개로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 진공 증착기는, 링 형태의 프레임을 구비하고 상기 프레임의 외주면을 따라 소정간격을 두고 다수개의 막 두께 측정 센서가 구비됨으로써, 진공 챔버 내의 한정된 공간 내에 더 많은 막 두께 측정 센서를 구성할 수 있게 되어 전체 센서의 교체 주기에 따른 진공 챔버의 오픈 주기를 증가시킬 수 있고,
또한, 막 두께 측정 센서가 외주면을 따라 다수개로 구비되는 상기 프레임이 내부에 설치되고, 노출홀이 형성되는 케이스의 외측으로 회전가능하게 결합 되어 소정시간 동안 노출홀을 차단시키는 셔터를 구비함으로써, 다수의 막 두께 측정 센서 중 하나의 노출 센서에 대해서 증착 재료에 노출되는 시간을 단축시켜 개별 센서의 사용 수명을 증가시키고, 진공 챔버의 오픈으로 인한 생산공정의 소요 경비를 줄일 수 있다.
도 1은 종래 진공 증착기를 개략적으로 나타내는 모식도;
도 2는 종래 두께 측정 헤드를 나타내는 정면도;
도 3은 본 발명에 의한 진공 증착기를 개략적으로 나타내는 모식도;
도 4는 본 발명에 의한 센서부(140)의 센서고정 프레임(141)을 나타내는 사시도;
도 5는 본 발명에 의한 센서부(140)의 케이스(150)를 나타내는 사시도;
도 6은 본 발명에 의한 센서부(140)의 셔터(160)를 나타내는 사시도;
도 7은 본 발명에 의한 센서부(140)의 셔터(160)의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도;
도 8은 본 발명에 의한 다수의 센서부(140)가 적층 되어 구비된 것을 나타내는 사시도; 및,
도 9는 본 발명에 의한 또 다른 실시예에 따른 다수의 센서부(140)가 적층 되어 구비된 것을 나타내는 사시도;이다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 3은 본 발명에 의한 진공 증착기를 개략적으로 나타내는 모식도이고, 도 4는 본 발명에 의한 센서부(140)의 센서고정 프레임(141)을 나타내는 사시도이다.
또한, 도 5는 본 발명에 의한 센서부(140)의 케이스(150)를 나타내는 사시도이고, 도 6 내지 도 7은 본 발명에 의한 센서부(140)의 셔터(160)를 나타내는 사시도이며, 도 8 내지 도 9는 본 발명에 의한 다수의 센서부(140)가 적층 되어 구비된 것을 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 진공 증착기(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 크게, 진공 챔버(110)와, 상기 진공 챔버(110) 상부에 기판(130) 고정 장치에 의해 고정되는 기판(130)과, 상기 기판(130) 일측의 가까운 위치에서 상기 진공 챔버(110) 내의 일측에 구비되는 센서부(140)와, 상기 진공 챔버(110) 하부에 구비되어 그 내부에 상기 기판(130)의 표면에 증착시키기 위한 증착재료를 수용하는 증착원(120)으로 구성된다.
상기 진공 챔버(110)는, 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되며, 내부에는 기판(130)을 고정할 수 있도록 기판(130) 고정 장치가 구비되고, 상기 기판(130)을 처리할 수 있도록 소정의 반응 공간이 마련되며, 진공 상태에서 상기 기판(130)에 증착재료를 증착시키기 위해 상기 진공 챔버(110)의 일측에는 진공 펌프와 연결되는 배기부(도시되지는 않음.)가 마련된다
상기 증착원(120)은, 기판(130)에 대향 하도록 진공 챔버(110)의 하부에 구비되며 기판(130)에 원료 물질을 증발시켜 공급하는 역할을 한다. 이러한 상기 증착원(120)은 점(Point) 형태또는 선(Line) 형태로 배치된 적어도 하나의 증발원을 구비한다. 상기 증착원(120)은 내부에 증착재료로 채워지고, 그 외부에는 상기 증착재료를 가열시켜 기판(130)으로 기화 또는 승화시키기 위한 가열장치가 구비된다.
상기 센서부(140)는, 상기 증착원(120)에서 기화 또는 승화 된 증착재료가 기판(130)에 증착되는 막의 두께를 측정하는 기능을 하며, 본 발명에 따른 진공 증착기(100)에서는, 링 형태의 센서고정 프레임(141)의 외주면을 따라 소정간격을 두고서 다수개의 막 두께 측정 센서(142)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 막 두께 측정 센서(142)는 크리스탈 센서를 이용하여 막 두께를 측정하게 되며, 종래 원판 형태의 프레임 원주상에 소정간격을 두고 다수개의 막 두께 측정 센서(142)가 구비되던 것을, 본 발명에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 링 형태의 센서고정 프레임(141)을 구비하고, 상기 막 두께 측정 센서(142)를 상기 센서고정 프레임(141)의 외주면에 소정간격을 두고서 다수개로 구비시킴으로써, 좁은 설치 공간에 더 많은 막 두께 측정 센서(142)를 구비할 수 있게 되고, 전체 센서의 교체에 따른 진공 챔버(110)의 오픈 주기를 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 상기와 같은 형상의 링 형태의 센서고정 프레임(141)의 경우 직경을 크게 제작함으로써 상기 센서부(140)에는 막 두께 측정 센서(142)가 더 많이 장착되도록 구성할 수 있는 특징을 갖게 된다.
바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(150) 내부에 상기 센서고정 프레임(141)이 회전가능하도록 설치하고, 상기 센서고정 프레임(141)에 구비되는 다수개의 막 두께 측정 센서(142) 중 소정 하나의 센서가 케이스(150) 외부로 노출되어 증착재료의 증착 두께를 측정할 수 있도록 상기 케이스(150)의 일측에 노출홀(151)을 관통 형성시킨다.
상기 노출홀(151)에 노출되는 소정의 막 두께 측정 센서(142)가 진공 증착 공정 중 수명이 다하면 화살표 방향, 아니면 그 반대 방향으로 회전되며, 다음 막 두께 측정 센서(142)가 상기 노출홀(151)에 의해 노출된다. 이때 상기 막 두께 측정 센서(142)들은 모터 구동에 의해 정해진 각도만큼 회전된다. 바람직하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 노출홀(151)의 외부 노출을 차단할 수 있는 링 형태의 셔터(160)를 상기 케이스(150)의 외측으로 회전 가능하게 구비시키고, 상기 셔터(160)에는 소정간격을 두고서 관통되게 다수개의 셔터홀(161)을 형성시킨 후 모터 구동에 의해 정해진 각도만큼 상기 케이스(150) 외측에서 회전 되도록 하여, 상기 노출홀(151)을 소정 시간 간격을 두고 커버 하거나, 상기 셔터홀(161)을 통해 외부로 노출될 수 있게 한다. 다수의 상기 셔터홀(161)이 셔터(160)의 외주면에 형성되는 사이 간격은 노출홀(151)의 직경보다 크게 하여, 셔터(160)의 회전에 따라, 노출홀(151)의 커버와 셔터홀(161)을 통한 노출이 순차적으로 이루어질 수 있도록 한다.
보다 바람직하게는 도 7에 도시된 바와 같이 셔터홀(161)의 형상은 사각형상으로 구성하여, 셔터홀(161)이 회전하는 과정에서 증착원(120)으로부터 기화 또는 승화된 증착 재료가 막 두께 측정 센서(142)에 보다 균일하게 도포될 수 있도록 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 센서고정 프레임(141)과, 케이스(150), 및 셔터(160)를 포함하여 구성되는 상기 센서부(140)를 다수개 구비하고, 다수개의 상기 센서부(140)를 서로 인접하게 적층시켜 구비함으로써, 좁은 설치공간에 더 많은 다수의 막 두께 측정 센서(142)들을 상기 진공 챔버(110) 내에 구비시킬 수 있으며, 전체 센서의 교체에 따른 진공 챔버(110)의 오픈 주기를 증가시킬 수 있게 되어 진공 챔버(110)의 오픈으로 인한 생산공정의 소요경비를 줄일 수 있게 된다.
보다 자세하게는, 상기 다수개의 센서부(140)의 각각의 구동방식은 단일 모터 또는 복수의 모터에 의해 각각 구동될 수 있을 것이며, 적층된 각각의 센서부는 도 6에서 도시된 바의 구동방식에 따라 시간을 두고 모터에 의해 독립적으로 동작하도록 구성하여, 결국 다수개의 센서부에 포함된 막 두께 측정 센서(142)들의 전체수명이 다 할때 까지 진공 챔버(110)의 오픈 주기를 증가시킬 수 있게 되어 진공 챔버(110)의 오픈으로 인한 생산공정의 소요경비를 줄일 수 있게 된다.
보다 바람직하게는 도 9에 도시된 바와 같이 셔터홀(161)의 형상은 사각형상으로 구성하여, 셔터홀(161)이 회전하는 과정에서 증착원(120)으로부터 기화 또는 승화된 증착 재료가 막 두께 측정 센서(142)에 보다 균일하게 도포될 수 있도록 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 진공 증착기(100)에서는, 진공 챔버(110)의 오픈 주기를 늘리기 위해, 1차로 노출홀(151)이 구비되는 케이스(150)를 통해 센서고정 프레임(141)의 외주면으로 구비되는 다수개의 막 두께 측정 센서(142) 중 소정 하나의 막 두께 측정센서가 외부로 노출되어 기판(130)에 증착되는 막 두께를 측정할 수 있게 하여 센서의 교체주기를 증가시키고, 더 나아가 센서부(140)의 상기 센서고정 프레임(141)의 직경을 확대시켜 구성함으로써 막 두께 측정 센서(142)가 더 많이 장착되도록 구성할 수 있게 된다.
2차로 상기 노출홀(151)을 통해 외부로 노출되는 소정 하나의 막 두께 측정 센서(142)의 외부 노출시간을 셔터(160)를 통해 감소시킴으로써, 센서의 사용수명을 증가시키며, 3차로 다수개의 센서부(140)를 적층시켜 구비함으로써, 설치공간을 최소화하고, 많은 수의 막 두께 측정 센서(142)를 진공 챔버(110) 내에 구비시킬 수 있게 되어 전체 센서의 교체에 따른 진공 챔버(110)의 오픈 주기를 증가시킬 수 있게 된다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
또한, 본 발명의 센서부의 막 두께 측정 센서(142)의 이동 및 셔터(160)의 구동 방식에 대해서도 모터, 실린더, 솔레노이드 등 여러 형태로 적용 가능할 것이며 이러한 구동방식 본 발명의 범주내에 포함될 것은 당업자의 입장에서 자명할 것이다.
100 : 진공 증착기
110 : 진공 챔버 120 : 증착원
130 : 기판 140 : 센서부
141 ; 센서고정 프레임 142 : 막 두께 측정 센서
150 : 케이스 151 : 노출홀
160 : 셔터 161 : 셔터홀

Claims (5)

  1. 진공 챔버(110)와, 상기 진공 챔버(110) 저부에 구비되고 그 내부에 증착재료를 수용하며 그 외부에 가열 장치가 구비되는 증착원(120)과, 상기 증착원(120) 상측에 구비되고 상기 증착원(120)으로부터 기화 또는 승화된 증착 재료가 증착되는 기판(130)을 포함하는 진공증착기에서,
    상기 진공 챔버(110) 내의 일측에 구비되며 상기 기판(130)에 증착되는 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 센서(142)가 다수개로 구비되는 센서부(140)에 있어서,
    상기 센서부(140)는,
    링 형태의 센서고정 프레임(141)이 구비되고, 상기 막 두께 측정 센서(142)가 상기 센서고정 프레임(141)의 외주면을 따라 간격을 두고 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부(140)는,
    상기 센서고정 프레임(141)이 회전가능하게 내부에 결합 되고, 상기 센서고정 프레임(141)에 구비되는 다수개의 상기 막 두께 측정 센서(142) 중 하나의 센서가
    외부로 노출되게 노출홀(151)이 형성되는 케이스(150)를; 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서부(140)는,
    상기 노출홀(151)을 가릴 수 있게 링 형태로 형성되고, 외주면을 따라 간격을 두고 다수개의 셔터홀(161)이 형성되며, 상기 케이스(150)의 외측으로 회전가능하게 결합 형성되는 셔터(160)를; 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 센서부(140)는,
    막 두께 측정 센서(142)가 더 많이 장착되도록 상기 센서고정 프레임(141)의 직경을 확대시켜 구성하는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 센서부(140)는,
    인접하게 서로 적층되어 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 진공증착기의 증착박막 두께 측정센서부.
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