KR101870581B1 - 수정진동자의 수명 판정방법, 막두께 측정장치, 성막방법, 성막장치, 및 전자 디바이스 제조방법 - Google Patents

수정진동자의 수명 판정방법, 막두께 측정장치, 성막방법, 성막장치, 및 전자 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 양태에 따른 수정진동자의 수명판정방법은, 수정진동자의 등가직렬저항값을 측정하는 측정단계, 측정된 상기 등가직렬저항값과 직전 샘플링 주기에서 측정된 등가직렬저항값으로부터 등가직렬저항의 변동값을 산출하는 산출단계, 수정진동자의 등가직렬저항값의 상기 변동값을 소정의 임계치와 비교하는 비교단계, 및 등가직렬저항값의 상기 변동값이 상기 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 상기 수정진동자의 수명을 판정하는 판정단계를 포함한다.

Description

수정진동자의 수명 판정방법, 막두께 측정장치, 성막방법, 성막장치, 및 전자 디바이스 제조방법 {METHOD OF DETERMINING LIFE OF CRYSTAL QUARTZ OSCILATOR, APPARATUS OF MEASURING FILM THICKNESS, FILM FORMING METHOD, FILM FORMING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 측정하기 위한 막두께 측정 장치에서 사용되는 수정진동자의 수명 판정 방법에 관한 것이다.
최근 평판 표시 장치로서 유기 EL 표시 장치가 각광을 받고 있다. 유기 EL 표시장치는 자발광 디스플레이로서, 응답 속도, 시야각, 박형화 등의 특성이 액정 패널 디스플레이보다 우수하여, 모니터, 텔레비전, 스마트폰으로 대표되는 각종 휴대 단말 등에서 기존의 액정 패널 디스플레이를 빠르게 대체하고 있다. 또한, 자동차용 디스플레이 등으로도 그 응용분야를 넓혀가고 있다.
유기 EL 표시장치의 소자는 2개의 마주보는 전극(캐소드 전극, 애노드 전극) 사이에 발광을 일으키는 유기물 층이 형성된 기본 구조를 가진다. 유기 EL 표시 장치 소자의 유기물층 및 전극층은 성막장치의 진공 챔버 내에서 증착재료가 수용된 증착원을 가열하여 , 화소 패턴이 형성된 마스크를 통해 기판에 증착재료를 증착시킴으로써 제조된다.
특히, 성막장치에서는 기판에 증착된 유기 증착재료 또는 금속성 증착재료의 두께 및 성막 레이트를 측정 및 제어하기 위해, 수정진동자 모니터를 사용한다. 수정진동자 모니터는 수정진동자의 공진주파수와 수정진동자의 전극상에 퇴적되는 증착재료의 두께간의 관계를 이용하여 공진주파수의 변동값으로부터 증착재료의 두께 및 성막 레이트를 산출하는데 사용될수 있다.
그런데, 수정진동자에 증착재료가 퇴적됨에 따라, 공진주파수가 저하되기 시작하고, 어느 정도 이상의 두께로 증착재료가 퇴적되면, 수정진동자의 공진진동이 불안정해지거나, 수정진동자의 임피던스값이 상승하고 이에 따라 수정진동자의 진동에너지가 손실되어 수정진동자가 공진진동을 유지할 수 없게 되거나 하는 현상이 발생한다. 이 상태에서는 더 이상 공진주파수의 변동값으로부터 막두께를 측정하는 것이 불가능하기 때문에, 이러한 현상이 발생하면, 수정진동자가 수명을 다한 것으로 판정하고, 수정진동자를 교체한다.
종래 기술에서는 수정진동자의 수명 판정시에, 수정진동자의 공진주파수값 또는 임피던스값의 임계치를 미리 정해 두고, 수정진동자의 공진주파수값이나 임피던스값이 해당 임계치를 하회하거나 넘으면, 수정진동자가 수명을 다한 것으로 판단하여 왔으나, 공진주파수값 또는 임피던스값이 노이즈 등의 이유로 갑자기 변화할 경우, 수정진동자의 수명이 다한 것으로 판단하여 버리는 문제가 있었다. 또한, 해당 임계치를 잘못 설정한 경우에는 아직 사용가능한 수정진동자를 수명이 다한 것으로 판정하여 교체하거나, 이미 수명이 다한 수정진동자를 계속 사용하여 막두께 또는 성막 레이트의 측정이 부정확해지는 문제가 있었다.
본 발명은, 수정진동자의 수명을 보다 정확하게 판정할 수 있는 수정진동자의 수명판정방법, 막두께 측정장치, 성막방법, 성막장치 및 전자디바이스 제조방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 수정진동자의 수명판정방법은, 수정진동자의 등가직렬저항값을 측정하는 측정단계, 측정된 상기 등가직렬저항값과 직전 샘플링 주기에서 측정된 등가직렬저항값으로부터 등가직렬저항의 변동값을 산출하는 산출단계, 수정진동자의 등가직렬저항값의 상기 변동값을 소정의 임계치와 비교하는 비교단계, 및 등가직렬저항값의 상기 변동값이 상기 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 상기 수정진동자의 수명을 판정하는 판정단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 막두께 측정장치는, 수정판 및 수정판 양 표면에 형성된 전극막을 포함하는 수정진동자를 가지는 막두께 모니터, 및 상기 수정진동자의 공진주파수의 변동값에 기초하여 기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 산출하는 막두께 산출유닛을 포함하며, 상기 막두께 산출유닛은 상기 막두께 모니터의 상기 수정진동자의 등가직렬저항값의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 상기 수정진동자의 수명을 판정한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 성막방법은, 기판을 성막장치의 진공챔버내로 반입하는 반입단계, 증착재료가 수납되어 있는 증착원을 가열하여 증발된 증착재료를 마스크를 통해 기판에 성막시키는 성막단계, 및 기판에 증착된 막의 두께가 소정의 두께에 도달하면, 기판을 진공챔버로부터 반출하는 반출단계를 포함하며, 상기 성막단계는, 수정진동자를 사용하여 기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 측정하는 측정단계, 및 상기 수정진동자의 수명을 상기 수정진동자의 등가직렬저항값의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 판정하는 판정단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 성막장치는, 기판을 보유지지하는 기판보유지지유닛, 증착재료를 수납하는 도가니를 포함하며, 상기 도가니를 가열하여 증착재료를 증발시키는 증착원, 및 기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 측정하는 본 발명의 다른 일 태양에 따른 막두께 측정장치를 포함한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 유기 EL 표시 장치의 제조방법은, 본 발명의 다른 일 양태에 따른 성막방법을 사용하여 유기 EL 표시 장치를 제조한다.
본 발명에 의하면, 수정진동자의 수명을 수정진동자의 임피던스값 자체를 임계값과 비교하여 판정하는 것이 아니라 수정진동자의 임피던스값의 변동값을 임계값과 비교하여 판정함으로써, 수정진동자의 수명을 보다 정확히 측정할 수 있게 된다. 특히, 임피던스의 변동값이 소정의 임계값을 넘은 회수에 기초하여 판정함으로써, 노이즈 등으로 인해 임피던스의 변동값이 일시적으로 커지더라도 보다 정확하게 수명을 판정할 수 있게 된다. 이에 따라, 수명이 다하지 않은 수정진동자를 교체하여 생산비용이 증가하거나, 수명이 다한 수정진동자를 계속 사용하여 막두께 및 성막 레이트의 측정이 부정확해지는 문제를 저감할 수 있다.
도 1은 유기 EL 표시장치의 제조라인의 일부의 모식도이다
도 2는 본 발명의 성막장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 막두께 모니터 및 이에 사용되는 수정진동자의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 수정진동자의 임피던스의 시간에 따른 변화 나타내는 그래프이다.
도 5는 유기 EL 표시장치의 구조를 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 흐름, 제조조건, 크기, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지인 것은 아니다.
본 발명은, 수정진동자의 수명판정 방법, 이를 사용한 성막방법, 막 두께 측정장치, 이를 포함한 성막장치, 및 전자 디바이스 제조방법에 관한 것으로, 특히, 성막장치내에서 기판에 증착되는 증착재료의 막두께 및 성막 레이트를 측정하기 위한 수정진동자의 수명을 보다 정확히 판정하기 위한 것이다. 본 발명은, 평행 평판의 기판의 표면에 진공 증착에 의해 소망하는 패턴의 박막(재료층)을 형성하는 장치에 바람직하게 적용할 수 있다. 기판의 재료로는 유리, 수지, 금속 등의 임의의 재료를 선택할 수 있고, 또한 증착 재료로서도 유기 재료, 금속성 재료(금속, 금속 산화물 등) 등의 임의의 재료를 선택할 수 있다. 본 발명의 기술은, 구체적으로는, 유기 전자 디바이스(예를 들면, 유기 EL 표시장치, 박막 태양 전지), 광학 부재 등의 제조 장치에 적용 가능하다. 그 중에서도, 유기 EL 표시장치의 제조 장치에 있어서는, 증착재료를 증발시켜 원하는 유기 EL 표시소자를 형성하고 있기 때문에, 본 발명의 바람직한 적용예의 하나이다.
<전자 디바이스 제조 라인>
도 1는 전자 디바이스의 제조 라인의 구성의 일부를 모식적으로 도시한 평면도이다. 도 1는 제조 라인은 예를 들면 스마트폰 용의 유기 EL 표시장치의 표시 패널의 제조에 이용된다. 스마트폰 용의 표시 패널의 경우, 예를 들면 약 1800 ㎜ × 약 1500 ㎜의 사이즈의 기판에 유기 EL의 성막을 행한 후, 해당 기판을 다이싱하여 복수의 작은 사이즈의 패널이 제작된다.
전자 디바이스의 제조 라인은 일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 성막실(11, 12)과 반송실(13)을 구비한다. 반송실(13) 내에는 기판(10)을 보유 지지하고 반송하는 반송 로봇(14)이 설치되어 있다. 반송 로봇(14)은 예를 들면 다관절 암에, 기판(10)을 보유 지지하는 로봇 핸드가 장착된 구조를 갖는 로봇으로서, 각 성막실로의 기판(10)의 반입/반출을 수행한다.
각 성막실(11, 12)에는 각각 성막 장치(증착 장치라고도 부름)가 설치되어 있다. 반송 로봇(14)과의 기판(10)의 전달, 기판(10)과 마스크의 상대 위치의 조정(얼라인먼트), 마스크 상으로의 기판(10)의 고정, 성막(증착) 등의 일련의 성막 프로세스는, 성막 장치에 의해 자동적으로 행해진다.
이하, 성막실의 성막 장치의 구성에 대하여 설명한다.
<성막 장치>
도 2는 성막 장치(2)의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
성막 장치(2)는 성막공정이 이루어지는 공간을 정의하는 진공 챔버(20)를 구비한다. 진공 챔버(20)의 내부는 진공 분위기이거나 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지된다.
진공 챔버(20)의 내부 상부에는 반송실(13)의 반송 로봇(14)으로부터 수취한 기판(10)을 보유하여 지지하는 기판 보유 지지 유닛(21)이 설치되며, 진공 챔버(20)의 내부의 하부에는 기판 보유 지지 유닛(21)과 대향하는 위치에 증착재료가 수납되는 증착원(22)이 설치된다. 기판 보유 지지 유닛(21)은 기판 홀더라고도 부른다. 도 2에는 도시하지 않았으나, 기판 보유지지 유닛(21)의 아래에는 틀 형상의 마스크대가 설치되며, 마스크대 위에는 기판(10) 상에 형성될 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴을 갖는 마스크가 놓여진다.
성막 시에는, 기판보유지지 유닛(21)에 의해 보유지지된 기판(10)이 마스크 위에 놓여지며, 증착원(22)으로부터 증발된 증착재료가 마스크를 통해 기판(10)에 증착된다.
증착원(22)은 기판에 성막될 증착 재료가 수납되는 도가니(미도시), 도가니를 가열하기 위한 히터(미도시), 증착원으로부터의 증발 레이트가 일정해질 때까지 증착재료가 기판으로 비산하는 것을 막는 셔터(23)를 포함한다. 증착원(22)은 점(point) 증착원, 선형(linear) 증착원, 리볼버 증착원 등 용도에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 성막장치는 공진주파수를 측정하는데 사용되는 막두께 모니터(24) 및 막두께 모니터(24)로부터의 측정결과를 수신하여 기판상의 막 두께 내지 성막 레이트를 산출하는 막두께 산출 유닛(25)을 포함한다. 본 발명의 막두께 측정장치는 막두께 모니터(24) 및 막두께 산출 유닛(25)을 포함하여 구성된다.
막두께 모니터(24)는 증착원(22)으로부터 분사되는 증착재료가 기판(10)에 도달하여 박막을 형성하는 것을 방해하지 않는 위치에 설치된다. 막두께 모니터(24)는 후술하는 수정진동자(30)를 포함하는데, 막두께 산출 유닛(25)은 수정진동자(30)에 증착원(22)으로부터의 증착재료가 퇴적됨에 따른 수정진동자(30)의 공진주파수의 변화에 기초하여, 기판상에 증착된 증착재료의 막두께 및 성막 레이트를 간접적으로 산출한다.
본 발명의 막두께 측정장치는 후술하는 바와 같이, 막두께 모니터(24)에 사용되는 수정진동자의 수명을, 수정진동자의 임피던스값(등가직렬저항값)의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 판정한다.
가열제어부(26)는 막 두께 산출 유닛(25)에 의해 산출된 성막 레이트에 기초하여 증착원(22)의 히터에 가해지는 전력을 제어함으로써 증착원(22)으로부터의 증착재료의 증발 레이트를 피드백 제어한다.
기판에 증착된 증착재료의 막두께가 소정의 두께에 도달하면, 반송로봇(14)이 기판을 진공챔버(20)로부터 반송실(13)로 반출한다.
<막두께 측정장치>
본 발명의 막두께 측정장치의 막두께 모니터(24)에는 수정진동자(30)가 설치된다. 도 3(a)는 수정진동자(30)의 개략적 단면도이다.
수정진동자(30)는 일정한 결정방향으로 절단된 수정판(31)의 표면 및 이면에 전극막(32, 33)을 형성한 구조를 가진다.
수정진동자(30)에 사용되는 수정판(31)은 비교적 온도 특성이 우수한 AT-컷(AT-cut)을 한 수정을 사용하는 것이 바람직하다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 수정판(31)의 표면 또는 이면을 볼록한 형상의 곡면으로 할 수 있는데, 바람직하게는 증착재료가 퇴적되는 전극막(32)측 표면이 아니라 전극막(33)측의 이면을 곡면으로 하고, 증착재료가 퇴적되는 전극막(32)측 표면은 평면으로 하는 것이 수정진동자(30)의 진동의 안정성을 높일 수 있다.
수정진동자(30)의 전극막(32,33)은 알루미늄(Al)을 주성분으로 하는 합금 또는 금(Au)으로 이루어진 것이 바람직하다. 이는 알루미늄 합금 또는 금 전극막(32,33)이 증착재료와의 밀착성이 좋아, 수정진동자(30)의 전극막(32)상에 퇴적된 증착막이 수정진동자(30)의 공진진동을 잘 추종할 수 있기 때문이다. 도 3(a)에서는 전극막(32)상에 직접 증착재료가 퇴적되는 것으로 도시하였으나, 전극막(32)상에는 전극재료와의 밀착성이 더 좋으면서도, 증착재료와의 경계가 연속적으로 변하는 제3의 막(예컨대, 증착재료와 다른 탄소를 포함하는 유기재료)을 추가로 형성하여도 된다.
수정진동자(30)의 전극막(32, 33)에 교류 전위를 인가하면, 수정의 압전특성으로 인해 수정진동자(30)는 진동을 하며, 수정판의 두께가 일정한 조건을 만족시키는 경우, 공진주파수로 진동을 하게 된다. 이러한 수정진동자(30)의 공진주파수는 전극막(32)상에 퇴적되는 증착재료의 질량 변동에 따라 변화하며, 수정진동자(30)의 공진주파수의 변동값과 증착재료의 질량 변동값 간에는 아래와 같은 관계식(Sauerbrey 식)이 성립한다.
Figure 112017096082254-pat00001
(1)
여기서, Δf는 공진주파수의 변동값, Δm은 수정진동자의 전극(32)상에 퇴적된 증착재료의 질량변동값, f는 수정의 기본주파수, μ는 수정의 전단계수(shear modulus), ρQ는 수정의 밀도, A는 전극면적이다. 즉, 수정진동자(30)의 전극(32)상에 증착재료가 퇴적되어 그 질량이 증가함에 따라, 수정진동자(30)의 공진주파수는 작아진다.
본 발명의 막두께 산출 유닛(25)은 이러한 관계를 이용하여, 측정된 수정진동자(30)의 공진주파수의 변동값으로부터 전극막(32)상에 퇴적된 막의 질량의 변동값, 나아가 막두께 및 성막 레이트를 구할 수 있다.
본 발명의 막두께 모니터(24)는 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 복수의(예컨대, 10개의) 수정진동자(30)를 포함한다. 복수의 수정진동자(30) 중 개구(34)에 대응하는 위치에 있는 수정진동자(30)만이 증착원(22)에 노출되어 있어 증착원(22)으로부터 비산되는 증착재료가 퇴적된다. 이를 통해 기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 측정한다. 그 동안 나머지 수정진동자(30)는 증착원(22)에 노출되지 않는 상태로 유지되며, 증착원(22)에 노출된 수정진동자(30)의 수명이 다하면, 다른 수정진동자(30)를 개구(34)에 대응하는 위치로 예컨대, 회전이동시켜, 마찬가지로 막 두께 및 성막 레이트의 측정을 계속한다. 이렇게 하여, 막두께 모니터(24)에 포함된 수정진동자(30) 전부의 수명이 다하면, 막두께 모니터(24)를 교체한다. 이를 통해, 막두께 모니터(24)의 전체적인 수명을 길게 하는 것이 가능하고, 막두께 모니터(24)의 교체로 인해 증착공정이 중지되는 시간을 줄임으로써 생산라인의 전체적인 스루풋을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 막두께 모니터(24)에서는 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 회전 가능한 쵸퍼(35)를 사용하여 개구(34)에 대응하는 위치에 있는 수정진동자(30)에 퇴적되는 증착재료의 양을 조절할 수 있다. 즉, 개구부(356)를 가진 쵸퍼(35)를 일정한 속도로 회전시킴으로써, 개구(34)에 대응하는 위치에 있는 수정진동자(30)가 주기적으로 증착원(22)으로부터 가려지도록 함으로써, 해당 수정진동자(30)에 퇴적되는 증착재료의 양을 조절한다.
<수정진동자의 수명 판정 방법>
수정진동자(30)에 증착재료가 퇴적됨에 따라, 수정진동자(30)의 공진주파수는 관계식 1에 따라 감소된다. 수정진동자(30)의 전극막(32)상에 퇴적되는 증착재료의 막의 두께가 얇아 증착막을 완전탄성체 또는 리지드(rigid)한 것으로 볼 수 있는 경우(즉, 증착막이 완전탄성체 또는 리지드한 막으로 거동하는 경우)에는, 증착막이 수정진동자(30)의 공진진동을 그대로 추종하기 때문에, 관계식 1을 통해 공진주파수의 변동값으로부터 증착막의 두께를 정확하게 산출해 낼 수 있다.
그러나, 수정진동자(30)의 전극막(32)상에 퇴적된 증착재료가 어느 정도 이상 두껍게 되면, 퇴적된 증착막은 더 이상 완전탄성체 또는 리지드한 것으로 볼 수 없게 된다. 이에 따라, 수정진동자(30)의 공진진동을 정확하게 추종하지는 못하게 되며, 수정진동자(30)의 임피던스값 중 저항성분이 증가한다. 즉, 수정진동자(30)는 전기적으로는 직렬 RLC 회로와 등가인 것으로 표현할 수 있는데, 증착막이 두꺼워져 증착막이 수정진동자(30)의 공진진동을 정확히 추종하지 못하게 되면, 증착막이 수정진동자(30)의 진동에 대해 댐핑(damping)으로서 작용하게 된다. 이는 수정진동자(30)의 등가회로상에서 저항(R) 값의 상승을 초래하여, 수정진동자(30)의 진동에너지의 손실을 초래한다.
수정진동자(30)가 공진주파수에서 진동하고 있을 경우 등가회로의 임피던스값은 등가회로의 저항(R) 값과 같아지는데, 이 때의 저항(R) 값을 등가직렬저항(ESR: Equivalent Series Resistance)라고 한다. 증착막의 두께가 어느 정도 이상 두꺼워지면 도 4에 도시한 바와 같이, 등가직렬저항값이 증가된다. 다만, 등가직렬저항값이 어느 정도 증가할 때(도 4의 t1)까지는, 여전히 증착막의 거동을 완전탄성체나 리지드한 것으로 근사할 수 있기 때문에, 관계식 1을 통해 공진주파수의 변동값으로부터 증착막의 두께를 산출해 낼 수 있다.
그런데, 증착막의 두께가 더 두꺼워져 증착막 내부의 응력으로 인해 증착막에 변형, 크랙, 박리 등의 현상이 나타나게 되면, 전극막(32)상의 증착막은 수정진동자(30)의 공진진동을 전혀 추종할 수 없게 되고, 이는 도 4에 도시한 바와 같이 등가직렬저항값의 커다란 변동으로 나타난다. 이 경우, 더 이상 수정진동자(30)의 공진주파수의 변동값으로부터 증착재료의 질량의 변동값(막두께의 변동값)을 구할 수 없게 되며, 수정진동자(30)가 수명을 다한 것으로 판정한다. 즉, 본 발명에 있어서의 수정진동자(30)의 수명은 수정진동자의 시간에 따른 열화(aging)의 의미라기 보다는, 수정진동자상에 증착된 증착막이 변형, 크랙, 박리 등의 다양한 원인으로 인해 그 거동을 예측할 수 없게 되는 것을 의미한다.
종래에는, 수정진동자(30)의 수명판정 방법으로 수정진동자(30)의 등가직렬저항값(또는 이에 상응하는 파라미터)의 임계값(ESRTH)을 정해 두고, 수정진동자(30)의 등가직렬저항값이 해당 임계값을 넘으면 수정진동자(30)가 수명이 다한 것으로 판정하였다. 그러나, 이 경우, 수정진동자(30)의 발진회로상의 노이즈 등으로 인해 한번이라도 해당 임계값을 넘으면 수정진동자(30)가 정상적으로 동작하고 있음에도 불구하고 수명이 다한 것으로 판정해 버리는 문제가 있었다. 또한, 등가직렬저항의 임계값을 작업자가 경험에 의존하여 설정할 경우, 임계값이 너무 작게 설정되면, 정상작동하는 수정진동자(30)를 수명이 다한 것으로 판정해 버릴 수 있고, 너무 크게 설정되면, 수정진동자(30)가 이상 거동을 보이고 있음에도 이를 기초로 기판상에 증착된 막두께 및 성막 레이트를 산출하게 되어, 그 측정이 부정확해진다.
이에 본 발명에서는, 수정진동자(30)가 증착막의 두께가 증가함에 따라 이상 거동을 보이는지 여부(즉, 그 수명)를 등가직렬저항값(ESR)이 임계치(ESRTH)를 넘는지 여부가 아니라 등가직렬저항값의 변동값(ΔESR)이 임계치(ΔESRTH)를 넘는지에 기초하여 판정한다. 이 때의 임계치(ΔESRTH)는 회로 노이즈로 인한 등가직렬저항값의 변동값보다 크게 설정하되, 너무 크게 설정하면, 수정진동자(30)의 이상 거동을 제 때 검출해 낼 수 없기 때문에, 예컨대, 통상적인 회로 노이즈로 인한 변동값보다 2~3배 정도의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 회로 노이즈로 인한 등가직렬저항값의 변동값은 회로의 구성에 따라 통상의 기술자가 적의 파악할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 수정진동자의 수명을 등가직렬저항값의 변동값(ΔESR = 금번 샘플링시의 등가직렬저항값 - 직전 샘플링 주기에서의 등가직렬저항값)이 임계치(ΔESRTH)를 넘는 회수에 기초하여 판정할 수 있다. 즉, 등가직렬저항값의 변동값(ΔESR)이 임계치(ΔESRTH)를 넘는 회수가 n회(n=1이상의 정수)보다 커지는 경우(ΔESR> ΔESRTH 인 관계를 만족하는 회수 > n)에 수정진동자의 수명이 다한 것으로 판정한다. 예컨대, 순간적인 큰 노이즈로 인한 등가직렬저항값의 변동이 크게 일어나는 경우를 고려하여, 적어도 2회 이상(즉, n=1) 등가직렬저항값의 변동값(ΔESR)이 임계치(ΔESRTH)를 넘는 경우에 수정진동자가 수명을 다한 것으로 판정한다. 다만, n값을 너무 크게 설정하면, 이미 수정진동자(30)가 이상 거동을 보이고 있음에도 적절한 시점에 수정진동자의 수명을 검출해 낼 수 없게 되므로, n값은 1 또는 1에 가까운 정수(예컨대, 2 내지 3)로 하는 것이 바람직하다.
또한, n값은 임계치(ΔESRTH)의 크기에 따라 달리 설정할 수 있다. 예컨대, 임계치(ΔESRTH)를 상대적으로 작게 설정할 경우 n을 크게 설정하는 것이 바람직하며, 임계치(ΔESRTH)를 상대적으로 크게 설정할 경우 n을 작게 설정하는 것이 수정진동자의 수명판단의 정확성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 임계치(ΔESRTH) 및 n 값은 수정진동자(30)에 퇴적되는 증착재료의 종류(유기증착재료인지 금속성 증착재료인지, 구체적으로, 어떤 유기증착재료인지, 어떤 금속성 증착재료인지) 등에 따라 달라질 수 있다.
수정진동자(30)의 공진주파수에서의 등가 임피던스값인 등가직렬저항값은 임피던스분석기를 이용하여 측정할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 막두께 측정장치에 있어서, 이러한 수정진동자의 수명판정은 막 두께 산출 유닛(25)이 행한다. 즉, 막두께 산출 유닛(25)은 막두께 모니터(24)의 수정진동자(30)의 등가직렬저항값의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여, 수정진동자(30)의 수명을 판정한다.
본 발명의 성막방법에 있어서는, 기판(10)상에 마스크를 통해 유기 또는 금속성 증착재료를 성막하는 공정 동안, 기판(10)상의 퇴적된 증착재료의 막두께 및 성막 레이트를 측정하는데 사용되는 수정진동자의 수명을, 수정진동자(30)의 등가직렬저항값의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 판정한다. 이에 따라, 성막공정 동안 막두께 및 성막 레이트를 정확하게 제어할 수 있게 된다.
<전자디바이스의 제조방법>
다음으로, 본 실시형태의 성막 장치를 이용한 전자 디바이스의 제조 방법의 일례를 설명한다. 이하, 전자 디바이스의 예로서 유기 EL 표시장치의 구성 및 제조 방법을 예시한다.
우선, 제조하는 유기 EL 표시장치에 대해 설명한다. 도 5(a)는 유기 EL 표시장치(60)의 전체도, 도 5(b)는 1 화소의 단면 구조를 나타내고 있다.
도 5(a)에 도시한 바와 같이, 유기 EL 표시장치(60)의 표시 영역(61)에는 발광소자를 복수 구비한 화소(62)가 매트릭스 형태로 복수 개 배치되어 있다. 상세 내용은 후술하지만, 발광소자의 각각은 한 쌍의 전극에 끼워진 유기층을 구비한 구조를 가지고 있다. 또한, 여기서 말하는 화소란 표시 영역(61)에 있어서 소망의 색 표시를 가능하게 하는 최소 단위를 지칭한다. 본 실시예에 관한 유기 EL 표시장치의 경우, 서로 다른 발광을 나타내는 제1 발광소자(62R), 제2 발광소자(62G), 제3 발광소자(62B)의 조합에 의해 화소(62)가 구성되어 있다. 화소(62)는 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 청색 발광소자의 조합으로 구성되는 경우가 많지만, 황색 발광소자, 시안 발광소자, 백색 발광소자의 조합이어도 되며, 적어도 1 색 이상이면 특히 제한되는 것은 아니다.
도 5(b)는 도 5(a)의 A－B선에 있어서의 부분 단면 모식도이다. 화소(62)는 기판(63) 상에 제1 전극(양극)(64), 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수송층(67), 제2 전극(음극)(68)을 구비한 유기 EL 소자를 가지고 있다. 이들 중 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수송층(67)이 유기층에 해당한다. 또한, 본 실시형태에서는, 발광층(66R)은 적색을 발하는 유기 EL 층, 발광층(66G)는 녹색을 발하는 유기 EL 층, 발광층(66B)는 청색을 발하는 유기 EL 층이다. 발광층(66R, 66G, 66B)은 각각 적색, 녹색, 청색을 발하는 발광소자(유기 EL 소자라고 부르는 경우도 있음)에 대응하는 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 제1 전극(64)은 발광소자별로 분리되어 형성되어 있다. 정공 수송층(65)과 전자 수송층(67)과 제2 전극(68)은, 복수의 발광소자(62R, 62G, 62B)와 공통으로 형성되어 있어도 좋고, 발광소자별로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 제1 전극(64)과 제2 전극(68)이 이물에 의해 단락되는 것을 방지하기 위하여, 제1 전극(64) 사이에 절연층(69)이 설치되어 있다. 또한, 유기 EL 층은 수분이나 산소에 의해 열화되기 때문에, 수분이나 산소로부터 유기 EL 소자를 보호하기 위한 보호층(70)이 설치되어 있다.
도 5(b)에서는 정공수송층(65)이나 전자 수송층(67)이 하나의 층으로 도시되었으나, 유기 EL 표시 소자의 구조에 따라서, 정공블록층이나 전자블록층을 포함하는 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 또한, 제1 전극(64)과 정공수송층(65) 사이에는 제1 전극(64)으로부터 정공수송층(65)으로의 정공의 주입이 원활하게 이루어지도록 할 수 있는 에너지밴드 구조를 가지는 정공주입층을 형성할 수도 있다. 마찬가지로, 제2 전극(68)과 전자수송층(67) 사이에도 전자주입층이 형성될 수 있다.
다음으로, 유기 EL 표시장치의 제조 방법의 예에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선, 유기 EL 표시장치를 구동하기 위한 회로(미도시) 및 제1 전극(64)이 형성된 기판(63)을 준비한다.
제1 전극(64)이 형성된 기판(63) 위에 아크릴 수지를 스핀 코트로 형성하고, 아크릴 수지를 리소그래피 법에 의해 제1 전극(64)이 형성된 부분에 개구가 형성되도록 패터닝하여 절연층(69)을 형성한다. 이 개구부가 발광소자가 실제로 발광하는 발광 영역에 상당한다.
절연층(69)이 패터닝된 기판(63)을 제1 유기재료 성막 장치에 반입하여 기판 보유 지지 유닛으로 기판을 보유 지지하고, 정공 수송층(65)을 표시 영역의 제1 전극(64) 위에 공통층으로서 성막한다. 정공 수송층(65)은 진공 증착에 의해 성막된다. 실제로는 정공 수송층(65)은 표시 영역(61)보다 큰 사이즈로 형성되기 때문에, 고정밀의 마스크는 필요치 않다.
다음으로, 정공 수송층(65)까지 형성된 기판(63)을 제2 유기재료 성막 장치에 반입하고, 기판 보유 지지 유닛에서 보유 지지한다. 기판과 마스크의 얼라인먼트(제1 얼라인먼트 및 제2 얼라인먼트)를 행하고, 기판을 마스크 상에 재치하여, 기판(63)의 적색을 발하는 소자를 배치하는 부분에 적색을 발하는 발광층(66R)을 성막한다.
발광층(66R)의 성막과 마찬가지로, 제3 유기재료 성막 장치에 의해 녹색을 발하는 발광층(66G)을 성막하고, 나아가 제4 유기재료 성막 장치에 의해 청색을 발하는 발광층(66B)을 성막한다. 발광층(66R, 66G, 66B)의 성막이 완료된 후, 제5 유기재료 성막 장치에 의해 표시 영역(61)의 전체에 전자 수송층(67)을 성막한다. 전자 수송층(67)은 3 색의 발광층(66R, 66G, 66B)에 공통의 층으로서 형성된다.
전자 수송층(67)까지 형성된 기판을 금속성 증착재료 성막 장치로 이동시켜 제2 전극(68)을 성막한다.
본 발명에 따르면, 유기 EL 표시 소자의 제조를 위해, 다양한 유기재료 및 금속성 재료를 기판상에 증착함에 있어서, 기판상에 증착된 증착재료의 막두께 및 성막 레이트를 측정하는데 사용되는 수정진동자의 수명을 보다 정확하게 판정할 수 있게 되므로, 기판상에 목표 두께로 정확하게 성막을 할 수 있게 되며, 또한, 수정진동자를 정확히 수명이 다할 때까지 최대한으로 활용할 수 있게 된다.
그 후 플라스마 CVD 장치로 이동시켜 보호층(70)을 성막하여, 유기 EL 표시장치(60)를 완성한다.
절연층(69)이 패터닝 된 기판(63)을 성막 장치로 반입하고 나서부터 보호층(70)의 성막이 완료될 때까지는, 수분이나 산소를 포함하는 분위기에 노출되면 유기 EL 재료로 이루어진 발광층이 수분이나 산소에 의해 열화될 우려가 있다. 따라서, 본 예에 있어서, 성막 장치 간의 기판의 반입, 반출은 진공 분위기 또는 불활성 가스 분위기 하에서 행하여진다.
상기 실시예는 본 발명의 일 예를 나타낸 것으로, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되지 않으며, 그 기술사상의 범위내에서 적절히 변형하여도 된다.
24: 막두께 모니터
25: 막두께 산출유닛
30: 수정진동자
31: 수정판
32, 33: 전극막

Claims (12)

  1. 수정진동자의 수명판정방법으로서,
    수정진동자의 등가직렬저항값을 측정하는 측정단계,
    측정된 상기 등가직렬저항값과 직전 샘플링 주기에서 측정된 등가직렬저항값으로부터 등가직렬저항의 변동값을 산출하는 산출단계,
    수정진동자의 등가직렬저항값의 상기 변동값을 소정의 임계치와 비교하는 비교단계, 및
    등가직렬저항값의 상기 변동값이 상기 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 상기 수정진동자의 수명을 판정하는 판정단계
    를 포함하며,
    상기 판정단계에서는, 등가직렬저항값의 상기 변동값이 상기 소정의 임계치를 넘는 상기 회수가 1이상의 소정의 회수를 넘는 경우에 상기 수정진동자가 수명을 다한 것으로 판정하는
    수정진동자의 수명판정방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정의 회수는 1인, 수정진동자의 수명판정방법.
  4. 성막장치내의 기판에 증착되는 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 측정하는 막두께 측정장치로서,
    수정판 및 수정판 양 표면에 형성된 전극막을 포함하는 수정진동자를 가지는 막두께 모니터, 및
    상기 수정진동자의 공진주파수의 변동값에 기초하여 기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 산출하는 막두께 산출유닛
    을 포함하며,
    상기 막두께 산출유닛은 상기 막두께 모니터의 상기 수정진동자의 등가직렬저항값의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 상기 수정진동자의 수명을 판정하며,
    상기 막두께 산출 유닛은, 상기 수정진동자의 등가직렬저항값의 상기 변동값이 상기 소정의 임계치보다 크게 되는 상기 회수가 1 이상의 소정의 회수보다 크게 되는 경우에, 상기 수정진동자의 수명이 다한 것으로 판정하는
    막두께 측정장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 소정의 회수는 1인, 막두께 측정장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 막두께 모니터는 복수의 수정진동자를 포함하며, 상기 막두께 산출 유닛이 사용중인 수정진동자가 수명이 다한 것으로 판정한 경우, 해당 수정진동자를 상기 막두께 모니터의 다른 수정진동자로 전환하는, 막두께 측정장치.
  8. 성막장치에서 기판에 증착재료를 성막하는 성막방법으로서,
    기판을 상기 성막장치의 진공챔버내로 반입하는 반입단계,
    증착재료가 수납되어 있는 증착원을 가열하여 증발된 증착재료를 마스크를 통해 기판에 성막시키는 성막단계, 및
    기판에 증착된 막두께가 소정의 두께에 도달하면, 기판을 진공챔버로부터 반출하는 반출단계
    를 포함하며,
    상기 성막단계는, 수정진동자를 사용하여 기판에 증착된 증착재료의 막두께 및 성막 레이트를 측정하는 측정단계, 및 상기 수정진동자의 수명을 상기 수정진동자의 등가직렬저항값의 변동값이 소정의 임계치를 넘는 회수에 기초하여 판정하는 판정단계를 포함하며,
    상기 판정 단계에서는, 등가직렬저항값의 상기 변동값이 상기 소정의 임계치보다 크게 되는 상기 회수가 1이상의 소정의 회수보다 크게 되는 경우에 상기 수정진동자가 수명을 다한 것으로 판정하는, 성막방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 소정의 회수는 1인, 성막방법.
  11. 기판에 증착재료를 증착하기 위한 성막장치로서,
    기판을 보유지지하는 기판보유지지유닛,
    증착재료를 수납하는 도가니를 포함하며, 상기 도가니를 가열하여 증착재료를 증발시키는 증착원, 및
    기판에 증착된 증착재료의 막 두께 및 성막 레이트를 측정하는 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 막두께 측정장치
    를 포함하는, 성막장치.
  12. 유기 EL 표시 장치의 제조방법으로서,
    제8항 또는 제10항에 기재된 성막방법을 사용하여 유기 EL 표시 장치를 제조하는 방법.
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