KR102193150B1 - 증착 장치 및 이를 이용한 증착량 제어 방법 - Google Patents

증착 장치 및 이를 이용한 증착량 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치는 진공 챔버, 진공 챔버 내부에 배치되고, 기화된 증착물을 방출하는 증착원, 및 기화된 증착물로부터 형광이 방출되도록 기화된 증착물에 에너지를 제공하고, 방출된 형광의 세기에 근거하여 기화된 증착물의 기화량을 산출하는 기화량 산출 유닛을 포함한다.

Description

증착 장치 및 이를 이용한 증착량 제어 방법{EVAPORATING APPARATUS, METHOD FOR CONTROLLING EVAPORATION AMOUNT USING THE SAME}
본 발명은 증착 장치 및 이용한 증착량 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 표시 기판 증착 장치 및 이를 이용한 증착량 제어 방법에 관한 것이다.
표시 패널은 액정 표시패널, 유기발광 표시패널, 플라즈마 표시패널 등이 있다. 이러한 표시패널은 다수의 박막들로 구성된다. 다수의 박막은 대부분 증착 공정을 통해 형성된다. 증착 공정 후, 설정된 기준 두께로 박막이 형성되었는지 측정하여 설정된 기준 두께와 실제 두께가 다른 경우 증착 비율을 보정한다.
따라서, 기화되는 증착물로부터 기판에 형성될 증착박막의 두께를 예측할 수 있는 증착 장치 및 증착량 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 표시 패널에 형성되는 증착 박막의 두께를 증착 박막이 형성되기 전에 예측하여 균일한 증착 박막을 형성하는 증착 장치 및 증착량 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내부에 배치되고, 기화된 증착물을 방출하는 증착원, 및 상기 기화된 증착물로부터 형광이 방출되도록 상기 기화된 증착물에 에너지를 제공하고, 상기 방출된 형광의 세기에 근거하여 상기 기화된 증착물의 기화량을 산출하는 기화량 산출 유닛을 포함한다.
상기 기화량 산출 유닛은, 에너지 빔을 상기 기화된 증착물에 조사하는 에너지 조사부, 상기 방출된 형광을 수신하며, 상기 수신된 형광의 세기를 측정하는 제1 측정부, 및 상기 측정된 형광의 세기로부터 상기 기화된 증착물의 기화량을 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정부는 전하 결합 소자 카메라를 포함한다. 상기 에너지 빔은 자외선 빔, 또는 전자 빔일 수 있다.
상기 에너지 조사부와 마주하도록 배치되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치는 상기 전자빔이 상기 제1 측정부를 향하여 출사되도록 하는 에노드 전극 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 전자 빔에 의해 상기 기화된 증착물로부터 플라즈마가 생성되고, 상기 기화량 산출 유닛은, 상기 생성된 플라즈마를 검출하는 제2 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 측정부는 상기 검출된 플라즈마의 이온 양을 측정하는 이온 질량 분석계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 에너지 빔은 X선 빔일 수 있다.
상기 형광은 형광 X선을 포함하고, 상기 기화량 산출 유닛은, 상기 형광 X선의 세기를 측정하는 제2 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 측정부는 X선 형광 분석기를 포함할 수 있고, 상기 방출된 형광 X선을 집광하여 상기 X선 형광 분석기에 제공하는 적어도 하나의 집광렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 증착원은, 내부에 증착물이 수용되는 적어도 하나의 수용부, 및 상기 산출된 기화량에 따라 상기 수용부의 온도를 조절하는 온도 제어 유닛을 포함하고, 상기 온도 제어 유닛은, 상기 수용부의 온도를 증가시켜 상기 증착물을 기화시키는 가열부, 및 상기 수용부의 온도를 감소시키는 냉각부를 포함한다.
상기 냉각부는 서로 다른 방향으로 냉각 유체가 이동하는 제1 냉각 라인 및 제2 냉각 라인을 포함할 수 있다.
상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인 각각은, 상기 냉각 유체가 유입되는 입구 및 상기 냉각 유체가 유출되는 출구를 포함하고, 평면상에서 적어도 하나의 굴곡을 가진 형상으로 배치될 수 있다.
상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인은 나란히 배치되고, 상기 제1 냉각 라인의 입구와 상기 제2 냉각 라인의 출구는 인접하여 배치될 수 있다.
상기 진공 챔버의 내부에 상기 증착원으로부터 제1 방향으로 이격되어 배치된 기판 지지부를 더 포함하고, 상기 증착원은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되어 배치된 제1 배출구 및 제2 배출구를 포함하고, 상기 기화된 증착물은 상기 제1 배출구 및 상기 제2 배출구를 통해 상기 기판 지지부를 향하여 방출되고, 상기 에너지 조사부 및 상기 제1 측정부는 상기 기판 지지부 및 상기 증착원 사이에 배치되어 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 마주하며 이격되고, 상기 기화량 산출 유닛은 상기 제1 배출구의 상측의 기화량을 산출하고, 순차적으로 상기 제2 배출구의 상측의 기화량을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착량 제어 방법은 증착물을 기화시키는 단계, 상기 기화된 증착물에 에너지를 제공하는 단계, 상기 에너지에 의해 상기 기화된 증착물이 방출하는 형광의 세기에 근거하여 형성될 증착 박막의 두께를 예측하는 단계, 및 상기 예측된 증착 박막의 두께에 따라 상기 증착물의 기화량을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 증착 박막의 두께를 예측하는 단계는, 상기 형광을 검출하는 단계, 상기 검출된 형광의 세기를 측정하는 단계, 상기 측정된 형광의 세기로부터 기화량을 산출하는 단계, 및 상기 산출된 기화량에 대응되는 증착박막의 두께를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기화된 증착물에 에너지를 제공하는 단계는, 상기 기화된 증착물에 전자빔, X선 빔, 자외선 빔 중 적어도 어느 하나를 조사할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치는 두께 측정을 위한 샘플 박막을 제조하지 않고도, 실시간으로 박막의 두께를 예측 및 제어할 수 있어 표시기판의 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착량 제어 방법은 기화된 증착물로부터 방출되는 광이나 플라즈마를 측정함으로써, 증착 공정 중에도 증착 박막의 두께를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착량 제어 방법은 국부적으로 기화량을 제어할 수 있어, 기판 전면에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 두께 산출 유닛을 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 두께 산출 유닛을 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착원의 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'를 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착량 제어 방법을 간략하게 도시한 블럭도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 방법을 간략하게 도시한 블럭도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치에 관한 것이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 증착 장치는 진공 챔버(100), 증착원(200), 및 기화량 산출 유닛(300)을 포함한다.
상기 진공 챔버(100)는 진공상태의 내부공간을 제공한다. 상기 진공 챔버(100)는 미도시된 진공펌프를 포함한다. 상기 진공 펌프(미도시)는 상기 진공 챔버(100)의 내부 공기를 외부로 방출하여 내부에 진공을 형성한다.
상기 증착원(200)은 상기 진공 챔버(100)의 상기 내부의 하측에 배치된다. 상기 증착원(200)은 기화된 증착물(TF-G)을 상기 진공 챔버(100)의 상기 내부로 방출한다. 상기 증착원(200)은 수용부(210) 및 온도 제어 유닛(220)을 포함한다.
상기 수용부(210)는 미도시된 내부공간에 증착물을 수용한다. 상기 증착물은 주로 유기물을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 증착물(TF-S)은 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 고분자, 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 발광고분자, PPP(poly(p-phenylene))계 고분자, PT(polythiophene)계 고분자, 인광계열 고분자와 같은 유기발광물질과, 전자주입물질, 정공주입물질, 전자수송물질, 정공수송물질 등과 같은 다양한 종류의 유기물질을 포함할 수 있다.
상기 수용부(210)는 열전도성이 높은 물질을 포함한다. 상기 수용부(210)는 외부에서 인가된 열을 내부에 수용된 증착물에 전달한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 증착원(200)은 복수 개의 수용부들을 포함할 수 있다.
상기 온도 제어 유닛(220)은 상기 수용부(210)의 외측에 배치된다. 상기 온도 제어 유닛(220)은 상기 수용부(210)의 외주면의 적어도 일부를 에워싼다. 상기 온도 제어 유닛(220)은 상기 수용부(210)의 온도를 제어하여 상기 증착물의 기화량을 조절한다.
상기 온도 제어 유닛(220)은 제1 내지 제3 온도 제어부들(221~223)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 온도 제어부들(221~223)은 각각이 독립적으로 구동될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 온도 제어부들(221~223)은 배치된 영역의 온도를 제어한다.
상기 기화된 증착물(TF-G)은 상기 유기분자들이 전체적으로 일정 방향으로 이동하면서 상기 기화된 증착물(TF-G)의 전체적인 흐름인 기류를 형성한다. 본 실시예에서, 상기 기화된 증착물(TF-G)은 상기 증착원(200)으로부터 방출되어 상기 증착원(200)의 상측 방향(D1: 이하, 제1 방향)의 기류를 형성한다.
상기 증착원(200) 상에는 기판 고정부재(SP)가 배치될 수 있다. 상기 기판 고정부재(SP)는 기판(BS)을 지지한다. 상기 기판(BS)은 증착 박막(TF)이 형성될 일면 및 상기 일면과 마주하고, 상기 기판 고정부재(SP)와 접촉하는 타면을 포함한다. 상기 기판(BS)의 상기 타면은 상기 기판 고정부재(SP)에 흡착되거나, 상기 기판 고정부재(SP)가 제공하는 별도의 걸림턱에 의해 상기 기판 고정부재(SP)에 고정될 수 있다.
상기 증착 박막(TF)은 상기 기화된 증착물(TF-G)이 상기 기판(BS)의 상기 일면에 도달하여 형성된다. 도시되지 않았으나, 상기 증착 장치는 상기 기판(BS) 및 상기 증착원(200) 사이에 배치된 적어도 하나의 마스크를 더 포함할 수 있다. 상기 마스크는 상기 기판(BS)에 패터닝된 증착 박막을 형성한다.
상기 증착 박막(TF)은 표시기판을 구성하는 화소의 일부분이고, 상기 기판(BS)은 표시기판의 베이스 기판일 수 있다. 또는, 상기 기판(BS)은 상기 기판 고정부재(SP)를 이물질로부터 보호하는 커버 부재일 수 있고, 상기 증착 박막(TF)은 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량을 조절하기 위해 예비적으로 형성하는 샘플(sample)의 일부분일 수 있으며, 어느 하나의 실시예에 한정되지 않는다.
도시되지 않았으나, 상기 기판 고정부재(SP) 상에 배치되고, 상기 기판 고정부재(SP)와 상기 진공 챔버(100)를 연결하는 기판 지지부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 기판 지지부재는 상기 기판(BS)의 변위를 제어할 수 있다.
상기 기화량 산출 유닛(300)은 상기 진공 챔버(100)의 내부에 상기 증착원(200)으로부터 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된다. 상기 기화량 산출 유닛(300)은 일 지점에서의 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량을 산출한다. 상기 기화량 산출 유닛(300)은 상기 기화된 증착물(TF-G)을 사이에 두고 이격되어 배치된 에너지 조사부(310) 및 적어도 하나의 측정부를 포함한다. 도 1에는 제1 측정부(320)가 포함된 실시예를 도시하였다.
상기 에너지 조사부(310)는 상기 기화된 증착물(TF-G)에 에너지 빔(EB)을 조사한다. 상기 에너지 빔(EB)은 상기 기화된 증착물(TF-G)에 에너지를 제공한다. 상기 에너지는 상기 기화된 증착물(TF-G)에 흡수되어 상기 기화된 증착물(TF-G)을 활성화시킨다. 예컨대, 상기 에너지 빔(EB)은 자외선 빔일 수 있다.
상기 기화된 증착물(TF-G) 중 상기 에너지 빔(EB)이 조사된 영역에 반응 영역(RA)이 정의된다. 상기 반응영역(RA)은 상기 기화된 증착물(TF-G)과 상기 에너지 빔(EB)이 중첩하는 영역일 수 있다.
상기 에너지는 상기 반응 영역(RA)에서 상기 유기분자들을 구성하는 원자들에 흡수된다. 상기 에너지는 상기 원자들 내에 존재하는 전자들 중 최외곽 전자를 기저 상태(ground state)에서 여기 상태(excited state)로 만든다. 여기 상태인 전자는 안정화되도록 다시 기저 상태(ground state)로 되돌아가면서 일정 파장의 전자기파를 방출한다. 본 실시예에서, 상기 전자기파는 적어도 형광(fluorescence light, FL)을 포함한다.
상기 형광(FL)은 전자가 일중항 여기 상태(singlet excited state)에서 신속하게 기저 상태로 안정화되면서 방출된다. 일반적으로 상기 형광(FL)은 짧은 시간에 방출되고, 조사되는 에너지가 제거되면 소멸한다. 즉, 상기 기화된 증착물(TF-G)은 상기 에너지 빔(EB)이 조사되더라도, 상기 형광(FL)을 방출한 후, 신속히 안정화되어 기존의 상승 기류를 유지한다. 따라서, 본 발명에 따른 증착 장치는 증착 공정 중에도 증착 박막의 두께를 산출할 수 있다.
상기 제1 측정부(320)는 상기 증착원(200)으로부터 상기 제1 방향(D1)으로 이격되어 배치된다. 상기 제1 측정부(320)는 상기 에너지 조사부(310)와 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)에서 마주하도록 배치된다. 상기 제1 측정부(320)는 상기 방출된 형광을 수신한다. 상기 제1 측정부(320)는 상기 수신된 형광의 세기(intensity)를 측정한다. 예컨대, 상기 제1 측정부(320)는 전하결합소자 카메라를 포함할 수 있다.
상기 기화량 산출 유닛(300)은 미도시된 산출부를 더 포함한다. 상기 산출부는 상기 제1 측정부(320)와 별도로 구비될 수 있고, 상기 제1 측정부(320) 내에 하나의 구성으로 구비될 수도 있다.
상기 산출부는 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량을 산출한다. 상기 형광의 세기는 상기 반응 영역(RA)을 지나는 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량에 대응될 수 있다. 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량이 클수록, 더 많은 유기분자들이 상기 에너지 빔(EB)과 반응한다. 상기 산출부는 상기 방출된 형광의 세기에 근거하여 상기 기화된 증착물(TF-G)의 증기량을 산출한다.
한편, 도시되지 않았으나, 다른 실시예에서, 상기 기화량 산출 유닛(300)은 상기 진공 챔버(100)의 외부에 제공될 수 있다. 이 때, 상기 진공 챔버(100)는 상기 에너지 조사부(310) 및 상기 제1 측정부(320)가 배치되는 영역에 배치된 투명한 윈도우등을 포함할 수 있다. 상기 에너지 조사부(310)로부터 조사되는 자외선 빔(EB)은 광(light)이므로, 상기 윈도우를 관통하여 상기 반응 영역(RA)에 도달할 수 있고, 상기 방출된 형광(FL)도 상기 윈도우를 관통하여 상기 제1 측정부(320)에 도달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 두께 산출 유닛을 간략하게 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 두께 산출 유닛을 간략하게 도시한 것이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 증착 두께 산출 유닛에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 에너지 조사부(310-1)는 전자 빔 발생기(EG) 및 편향코일(DF)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 에너지빔(EB-1)은 전자 빔(electron beam)으로 설명될 수 있다.
상기 전자 빔(EB-1)은 다양한 파장을 가질 수 있으나, 특히, 상기 기화된 증착물(TF-G)를 활성화시켜 형광을 발생시킬 수 있는 파장 범위를 포함한다. 예컨대, 상기 전자선(EB-1)은 0.001nm ~ 5nm 범위의 파장을 가질 수 있다.
상기 편향코일(DF)은 상기 전자빔 발생기(EG)에 부착될 수 있다. 상기 편향코일(DF)은 상기 전자선(EB-1)이 출사되는 부분의 주변부에 배치되어 상기 전자선(EB-1)을 감싸는 원형상을 가질 수 있다. 상기 편향코일(DF)은 상기 전자빔 발생기(EG)로부터 출사된 상기 전자 빔(EB-1)의 방향성을 제어한다. 한편, 다른 실시예에서, 상기 편향코일(DF)은 생략될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 증착 장치는 애노드 전극 모듈(AE)을 더 포함할 수 있다. 상기 애노드 전극 모듈(AE)은 상기 에너지 조사부(310-1)와 마주하여 배치된다. 상기 애노드 전극 모듈(AE)은 양극을 가지므로, 음극을 띠는 상기 전자 빔(EB-1)을 끌어들인다. 따라서, 상기 증착 장치는 상기 애노드 전극 모듈(AE)을 제1 측정부(320) 측에 배치함으로써, 상기 전자빔(EB-1)이 상기 제1 측정부(320)를 향하여 출사되도록 한다.
상기 전자 빔(EB-1)은 반응영역(RA-1)에서 상기 기화된 증착물(TF-G)을 활성화시킨다. 상기 전자 빔(EB-1)에 의해 상기 기화된 증착물(TF-G)로부터 상기 형광(FL)이 방출된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 전자 빔(EB-1)에 의해 상기 기화된 증착물(TF-G)로부터 플라즈마(Plasma, PL)가 생성될 수 있다. 상기 플라즈마(PL)는 상기 기화된 증착물(TF-G)을 구성하는 유기분자들이 상기 에너지에 의해 양이온, 음이온, 및 중성입자들로 분리되어 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 기화량 산출 유닛(300-1)은 제2 측정부(330-1)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 측정부(330-1)는 상기 에너지 조사부(310-1)로부터 상기 제2 방향(D2)으로 이격되어 배치된다. 상기 제2 측정부(330)는 상기 생성된 플라즈마(PL)를 검출한다.
상기 제2 측정부(330-1)는 상기 검출된 플라즈마(PL)의 양(quantaty)을 측정한다. 상기 제2 측정부(330-1)는 상기 플라즈마(PL)를 구성하는 양이온, 음이온, 또는 중성입자들의 수, 질량 등을 이용하여 상기 플라즈마(PL)의 양을 측정한다. 예컨대, 상기 제2 측정부(330-1)는 이온 질량 분석계를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 에너지 조사부(310-2)는 X선 발생기를 포함할 수 있다. 이때, 에너지빔(EB-2)은 X선 빔(X-ray beam)으로 설명될 수 있다. 상기 X선 빔(EB-2)은 상기 기화된 증착물(TF-G)을 활성화시켜 형광을 발생시킬 수 있는 파장 범위를 포함하고, 예컨대, 파장이 짧은 영역대의 X선을 포함한다.
상기 X선 빔(EB-2)은 반응영역(RA-2)에서 상기 기화된 증착물(TF-G)을 활성화시킨다. 상기 X선 빔(EB-2)에 의해 상기 기화된 증착물(TF-G)로부터 상기 형광(FL) 및 형광 X선(FL-X)이 방출될 수 있다.
상기 형광X선(FL-X)은 상기 형광(FL)과 별개로 2차적으로 발생할 수 있다. 상기 형광X선(FL-X)은 짧은 파장의 X선에 의해 상기 기화된 증착물(TF-G)의 유기분자 내의 전자가 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 상승하는 들뜬 상태가 되고, 짧은 시간 동안 중간 에너지 준위를 거쳐 원래의 낮은 에너지 준위로 안정화되면서 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기화량 산출 유닛(300-2)은 제3 측정부(330-2)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 측정부(330-2)는 상기 에너지 조사부(310-2)로부터 상기 제2 방향(D2)으로 이격되어 배치된다. 상기 제3 측정부(330-2)는 상기 반응 영역(RA-2)으로부터 방출된 형광 X선(FL-X)을 검출한다.
상기 제3 측정부(330-2)는 상기 검출된 형광 X선(FL-X)의 세기를 측정한다. 예컨대, 상기 제3 측정부(330-2)는 X선 형광 분석기(X-Ray Fluorescence Spectrometry: XF)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 측정부(330-2)는 적어도 하나의 집광렌즈(AF)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 집광렌즈(AF)는 시준기(Collimator)를 포함할 수 있다. 상기 시준기(AF)는 상기 X선 형광 분석기(XF) 전면에 배치된다. 상기 방출된 형광 X선(FL-X)은 상기 시준기(AF)를 통과한 후 상기 X선 형광 분석기(XF)에 입사된다. 상기 집광기(AF)는 방사되는 광을 집광하여 평행한 광선을 형성한다. 상기 제3 측정부(330-2)는 상기 시준기(AF)를 더 포함함으로써, 상기 형광 X선(FL-X)을 용이하게 검출할 수 있다.
상기 형광 X선(FL-X)의 세기는 상기 반응영역(RA-2)에서 상기 에너지빔(EB-2)과 반응하는 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량과 대응될 수 있다. 본 발명에 따른 증착 장치는 상기 제3 측정부(330-2)를 더 포함함으로써, 상기 제1 측정부(320)로부터 산출되는 기화량을 보정하여 상기 산출되는 기화량의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착원의 사시도이다. 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'를 자른 단면도이다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 증착원(200)에 대해 상세히 설명한다.
도 4에 도시된 것과 같이, 상기 증착원(200)은 수용부(210) 및 상기 수용부(210)의 외측을 감싸는 온도 제어 유닛(220)을 포함한다. 상기 증착원(200)은 상기 제2 방향(D2) 및 상기 제3 방향(D3)이 정의하는 상기 진공 챔버(100)의 바닥부에 배치된다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 수용부(210)에는 소정의 내부공간이 정의된 육면체의 형상을 가질 수 있다. 상기 내부공간은 상기 제2 방향(D2) 및 상기 제3 방향(D3)이 정의하는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 상기 제1 방향(D1)으로 연장된 외측면에 의해 정의된다. 한편, 다른 실시예에서 상기 수용부(210)는 원형상, 정육면체 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있고, 어느 하나의 실시예에 한정되지 않는다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 내부공간에는 증착물(TF-L)이 수용된다. 상기 증착물(TF-L)은 액체 상태 또는 고체 상태일 수 있다. 상기 증착물(TF-L)은 외부로부터 열을 인가받아 상기 기화된 증착물(TF-G)로 상변이 되어 상기 수용부(210)의 외부로 방출된다.
상기 수용부(210)는 적어도 하나의 배출구를 포함한다. 본 실시예에서 상기 수용부(210)는 복수 개의 배출구들(NZ1, NZ2)을 포함한다. 상기 복수 개의 배출구들(NZ1, NZ2)로 상기 기화된 증착물(TF-G)이 방출된다.
상기 복수 개의 배출구들(NZ1, NZ2)은 상기 수용부(210)의 길이 방향, 예컨대 제3 방향(D3)으로 서로 이격되어 배치된다. 상기 복수 개의 배출구들(NZ1, NZ2)의 수가 많을수록 상기 기화된 증착물(TF-G)이 배출되는 통로가 증가되므로, 배출되는 기화량을 용이하게 조절할 수 있고, 균일한 증착 박막(TF)을 용이하게 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 온도 제어 유닛(220)은 복수 개의 온도 제어부들(221~223)로 구성될 수 있다. 상기 복수 개의 온도 제어부들(221~223)은 서로 이격되어 배치된 제1 온도 제어부(221), 제2 온도 제어부(222), 및 제3 온도 제어부(223)를 포함한다. 한편, 다른 실시예에서 상기 온도 제어 유닛(220)은 일체로 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제1 온도 제어부(221)는 상기 수용부(210)의 상부 외측면을 감싸도록 배치된다. 상기 제1 온도 제어부(221)는 상기 수용부(210)의 상기 외측면에 직접 배치되는 가열부(221-H) 및 상기 가열부(221-H) 외측에 배치되는 냉각부(221-C)를 포함한다. 상기 제1 온도 제어부(221)는 상기 수용부(210)의 상기 내부공간 중, 주로 상기 증착물(TF-L)이 기화되는 영역, 즉, 상기 기화된 증착물(TF-G)이 형성되는 영역의 온도를 제어한다. 상기 제1 온도 제어부(221)는 상기 기화된 증착물(TF-G)이 내부 에너지를 잃고 다시 상기 증착물(TF-L)로 되는 액화 또는 결정화 현상을 방지한다.
도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제2 온도 제어부(222)는 상기 수용부(210)의 하부 외측면을 감싸도록 배치된다. 상기 제2 온도 제어부(222)는 상기 수용부(210)의 상기 외측면에 직접 배치되는 가열부(222-H) 및 상기 가열부(222-H) 외측에 배치되는 냉각부(222-C)를 포함한다.
상기 제2 온도 제어부(222)는 상기 수용부(210)의 상기 내부공간 중, 주로 상기 증착물(TF-L)이 배치된 영역의 온도를 제어한다. 상기 제2 온도 제어부(222)는 상기 증착물(TF-L)이 상기 기화된 증착물(TF-G)로 상변화되도록 상기 증착물(TF-L)의 내부 에너지를 증가시킨다.
도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제3 온도 제어부(223)는 상기 수용부(210)의 하측에 배치된다. 상기 제3 온도 제어부(223)는 평면상에서 상기 수용부(210)와 중첩하고, 상기 수용부(210)의 외측으로 연장될 수 있다. 상기 제3 온도 제어부(223)는 상기 수용부(210)의 하측에 직접 배치되는 가열부(223-H) 및 상기 가열부(223-H)의 하측에 배치되는 냉각부(223-C)를 포함한다.
상기 제3 온도 제어부(223)는 상기 수용부(210)의 상기 내부공간 중, 상기 증착물(TF-L)이 배치된 전면적인 영역의 온도를 제어한다. 상기 제3 온도 제어부(223)는 상기 증착물(TF-L)의 가장 낮은 내부에너지를 가진 부분의 내부에너지를 증가시킨다.
상기 제1 내지 제3 온도 제어부들(221~223)은 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 본 발명에 따른 증착원(200)은 서로 이격되어 배치된 상기 제1 내지 제3 온도 제어부들(221~223)을 포함함으로써, 상기 증착물(TF-L)을 모든 영역에서 균일하게 가열할 수 있고, 상기 수용부(210)의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다.
상기 온도 제어 유닛(220)은 상기 가열부들(221-H, 222-H, 223-H) 및 상기 냉각부들(221-C, 222-C, 223-C)의 동작을 통해 상기 수용부(210)의 온도를 제어한다. 이에 관하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부의 평면도이다. 도 6에서는 상기 제3 온도 제어부의 가열부(223-H, 이하 가열부)를 예시적으로 도시하였다. 상기 가열부(223-H)는 복수 개의 가열 라인들(HL)을 포함한다. 상기 가열부(223-H)는 상기 수용부(210)의 온도를 증가시킨다.
상기 가열 라인들(HL)은 저항이 높은 금속을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 가열 라인들(HL)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 가열 라인들(HL) 각각은 상기 가열부(223-H)의 외관을 형성하는 바디부(BD)에 의해 감싸여 인접한 다른 구성들로부터 보호된다.
상기 가열 라인들(HL) 각각은 소정의 가열 영역(HA)을 형성할 수 있다. 상기 가열 라인들(HL) 각각은 상기 가열 영역(HA)마다 독립적으로 작동될 수 있다. 상기 가열 라인들(HL) 각각은 상기 산출된 기화량에 따라 대응되는 가열 영역(HA)을 가열한다. 상기 가열 영역(HA)이 세분화될 수록 상기 가열부(223-H)는 상기 수용부(210)의 온도를 국부적으로 제어할 수 있다.
상기 가열 라인들(HL) 각각은 적어도 하나의 굴곡을 가진 형상으로 배치될 수 있다. 상기 가열 라인들(HL)은 굴곡을 더 포함할 수록 동일한 가열 영역(HA) 내에서 차지하는 비율이 증가된다. 상기 가열 라인들(HL)이 차지하는 비율이 증가할수록, 상기 가열부(223-H)가 배치된 수용부(210)의 온도를 용이하게 증가시킬 수 있어, 상기 기화된 증착물(TF-G)을 생성하기 위한 시간이 단축될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부의 평면도이다. 도 7에서는 상기 제3 온도 제어부의 냉각부(223-C, 이하 냉각부)를 예시적으로 도시하였다. 상기 냉각부(223-C)는 상기 수용부(210)의 온도를 감소시킨다.
도 7에 도시된 것과 같이, 상기 냉각부(223-C)는 제1 냉각 라인(CL1) 및 제2 냉각 라인(CL2)을 포함한다. 상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각라인(CL2)은 서로 나란하게 배치된다. 한편, 다른 실시예에서 상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각라인(CL2)은 서로 이격되어 독립된 영역의 온도를 감소시키도록 배치될 수 있다.
상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각라인(CL2) 각각은 적어도 하나의 굴곡을 가진 형상으로 배치될 수 있다. 상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각라인(CL2)은 많은 굴곡을 가질수록 소정의 영역 내에서 차지하는 비율이 증가될 수 있다. 상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각라인(CL2)이 차지하는 비율이 증가될수록 상기 냉각부(223-C)가 제어하는 상기 수용부(210)의 온도는 용이하게 감소될 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각 라인(CL2)에는 냉각 유체가 이동한다. 상기 냉각 라인들(CL1, CL2)은 상기 냉각 유체가 유입되는 입구들(CL1-A, CL2-A) 및 상기 냉각 유체가 유출되는 출구들(CL1-B, CL2-B)을 각각 구비한다.
상기 제1 냉각 라인(CL1) 및 상기 제2 냉각 라인(CL2)에서 서로 다른 방향으로 이동한다. 예컨대, 상기 제1 냉각 라인(CL1)의 입구(CL1-A)는 평면상에서 하측에 배치되고, 상기 제2 냉각 라인(CL2)의 출구(CL2-B)와 인접하여 배치될 수 있다. 상기 냉각 유체가 유출되는 출구(CL1-B)는 상측에 배치되고, 상기 제2 냉각 라인(CL2)의 출구(CL-B)와 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 증착원(200)은 서로 다른 방향으로 냉각 유체가 이동하는 냉각 라인들을 포함함으로써, 상기 수용부(210)의 온도를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 상기 기화된 증착물(TF-G)의 방출량을 용이하게 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 측면도이다. 도 8에 도시된 것과 같이, 상기 증착 장치는 상기 기화량 산출 유닛을 이동시키는 이동 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 부재(400)는 서로 이격되어 배치된 제1 이동부(410) 및 제2 이동부(420)를 포함한다.
상기 제1 이동부(410)는 바디부(411) 및 상기 바디부(411)의 일면 상에 배치된 지지부(412)를 포함할 수 있다. 상기 제1 이동부(410)는 상기 에너지 조사부(310)의 변위를 제어한다.
상기 바디부(411)는 적어도 하나의 슬라이딩부(411-H)를 포함한다. 상기 슬라이딩부(411-H)는 상기 바디부(411)의 일 방향, 예컨대, 상기 제3 방향(D3)으로 연장되어 형성된다. 상기 슬라이딩부(411-H)는 상기 에너지 조사부(310)가 이동하는 경로와 대응된다.
상기 지지부(412)는 일면이 상기 슬라이딩부(411-H)에 결착되고, 타면이 상기 에너지 조사부(310)와 결합된다. 상기 지지부(412)는 상기 에너지 조사부(310)를 지지하고, 상기 에너지 조사부(310)가 상기 슬라이딩부(411-H)를 따라 이동하도록 한다.
상기 제2 이동부(420)는 상기 제2 방향(D2)에서 상기 제1 이동부(410)와 서로 마주하도록 이격되어 배치된다. 상기 제2 이동부(420)는 상기 측정부(320)의 변위를 제어한다. 상기 제2 이동부(420)는 상기 제1 이동부(410)와 동일한 구성들을 포함할 수 있다.
상기 이동 부재(400)는 상기 에너지 조사부(310)와 상기 측정부(320)가 나란하게 이동하도록 제어한다. 예컨대, 상기 기화량 산출 유닛(300)은 상기 제1 배출구(NZ1)로부터 상기 제1 방향(D1)으로 이격된 상측에서의 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량을 산출한 후, 상기 이동 부재(400)에 의해 이동되어 상기 제2 배출구(NZ2)의 상측에서의 상기 기화된 증착물(TF-G)의 기화량을 순차적으로 산출할 수 있다. 상기 기화량 산출 유닛(300)은 다양한 지점에서의 기화량을 산출함으로써, 상기 박막(TF)의 두께 예측의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 증착 장치는 상기 이동 부재(400)를 더 포함함으로써, 상기 기판(BS)의 일 방향, 예컨대, 상기 제 3 방향(D3)에 따른 상기 증착 박막(TF)의 두께를 예측할 수 있다. 상기 증착원(200)은 상기 예측된 두께에 따라 상기 수용부(210)의 온도를 조절하여 상기 제3 방향(D3)을 따라 대응되는 영역의 기화량을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착량 제어 방법을 간략하게 도시한 블럭도이다. 도 9에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 증착장치는 진공 챔버 내에서 증착물을 기화시킨다(S10). 상기 증착물은 액체 또는 고체 상태로 제공되고 외부로부터 열을 인가받아 내부 에너지가 증가되어 기체로 상변이된다. 상기 증착물은 유기물을 포함하고, 예컨대, 정공 주입 물질 또는 정공 수송 물질을 포함할 수 있다. 상기 증착물은 기화되어 상측으로 이동한다.
도 9에 도시된 것과 같이, 상기 기화된 증착물에 에너지가 제공된다(S20). 상기 기화된 증착물이 기화되는 동안 에너지 조사부는 상기 기화된 증착물에 에너지 빔을 조사하여 상기 에너지를 제공한다.
상기 에너지에 의해 상기 기화된 증착물로부터 형광이 방출된다. 상기 에너지 빔은 상기 기화된 증착물이 활성화되어 상기 형광이 방출될 수 있는 파장의 에너지를 가진다. 예컨대, 상기 에너지 빔은 전자빔, 자외선 빔, X 선 빔 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 증착 장치는 상기 형광을 검출하고, 검출된 형광의 세기에 근거하여, 상기 기화된 증착물에 의해 형성될 증착 박막의 두께를 예측한다(S30).
도 9에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 증착 장치는 예측된 증착 박막의 두께에 따라 증착물의 기화량을 제어한다(S40). 상기 증착물의 기화량은 상기 증착 박막과 동일한 평면상에서 각 지점마다 다르게 제어될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 방법을 간략하게 도시한 블럭도이다. 도 10을 참조하여, 상기 증착 박막의 두께를 예측하는 단계(S30) 및 상기 증착물의 기화량을 제어하는 단계(S40)에 대하여 상세히 살펴본다.
도 10에 도시된 것과 같이, 상기 증착 박막의 두께를 예측하는 단계(S30)는 먼저, 상기 기화된 증착물로부터 방출된 형광을 검출한다(S32). 상기 증착 장치는 상기 검출된 형광의 세기를 측정한다(S34). 상기 형광의 세기는 방출되는 에너지량에 대응될 수 있다.
본 발명에 따른 증착 장치는 상기 형광의 세기로부터 상기 증착물의 기화량을 산출한다(S36). 상기 기화된 증착물에 제공되는 에너지가 균일할 때, 상기 형광의 세기는 상기 에너지 빔과 충돌하는 상기 기화된 증착물의 기화량에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 상기 증착 장치는 상기 산출된 기화량으로부터 증착 박막의 두께(D1)를 예측한다(S38). 상기 증착 박막의 두께(D1)는 상기 산출된 기화량에 대응된다.
상기 증착물의 기화량을 제어하는 단계(S40)는 상기 예측된 증착 박막의 두께(D1)와 기준두께(DR)를 비교한다(S42). 상기 기준두께(DR)는 형성하고자 하는 증착 박막의 두께로 정의된다. 상기 증착 장치는 상기 예측된 증착 박막의 두께가 큰 지점의 기화량은 감소시키고, 상기 예측된 증착 박막의 두께가 작은 지점의 기화량은 증가시킨다.
예컨대, 상기 증착 장치는 상기 예측된 증착 박막의 두께(D1)가 상기 기준두께(DR)보다 클 때, 상기 증착물이 수용된 증착원의 온도를 냉각하여 상기 증착물의 기화량을 감소시킨다. 상기 증착 장치는 상기 예측된 증착 박막의 두께(D1)가 상기 기준두께(DR)와 유사범위 내에 있는 경우, 상기 증착원의 온도는 유지된다. 또는, 상기 예측된 증착 박막의 두께(D1)가 상기 기준두께(DR)보다 작은 경우, 상기 증착원의 온도는 가열되고, 상기 증착물의 기화량은 증가된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치는 증착 박막이 평면적으로 균일한 두께로 형성되도록 증착량을 제어할 수 있다. 상기 증착 장치는 이미 형성된 박막으로부터 두께를 측정하지 않고, 기화되는 증착물로부터 형성된 증착 박막의 두께를 예측함으로써, 증착 박막의 두께를 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치 및 증착량 제어 방법은 샘플 박막을 제조하지 않고 실시간으로 증착 박막의 두께를 제어할 수 있고, 대형 기판에 대해서도 각 영역마다 균일한 두께를 가진 증착 박막을 형성할 수 있다.
100: 진공 챔버 200: 증착원
300: 기화량 산출 유닛 310: 에너지 조사부
320: 제1 측정부 RA: 반응 영역
TF: 증착 박막 TF-G: 기화된 증착물
FL: 형광 EB: 에너지 빔
400: 이동 부재

Claims (20)

  1. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내부에 배치되고, 기화된 증착물을 방출하는 증착원; 및
    상기 기화된 증착물로부터 형광이 방출되도록 상기 기화된 증착물에 에너지를 제공하고, 상기 방출된 형광의 세기에 근거하여 상기 기화된 증착물의 기화량을 산출하는 기화량 산출 유닛을 포함하는 증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기화량 산출 유닛은,
    에너지 빔을 상기 기화된 증착물에 조사하는 에너지 조사부;
    상기 방출된 형광을 수신하며, 상기 수신된 형광의 세기를 측정하는 제1 측정부; 및
    상기 측정된 형광의 세기로부터 상기 기화된 증착물의 기화량을 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 측정부는 전하 결합 소자 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 에너지 빔은 자외선 빔인 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 에너지 빔은 전자 빔인 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 측정부를 사이에 두고 상기 에너지 조사부와 이격되어 배치되고,
    상기 전자빔이 상기 제1 측정부를 향하여 출사되도록 하는 에노드 전극 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 전자 빔에 의해 상기 기화된 증착물로부터 플라즈마가 생성되고,
    상기 기화량 산출 유닛은, 상기 생성된 플라즈마를 검출하는 제2 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 측정부는 상기 검출된 플라즈마의 이온 양을 측정하는 이온 질량 분석계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 에너지 빔은 X선 빔인 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 형광은 형광 X선을 포함하고,
    상기 기화량 산출 유닛은, 상기 형광 X선의 세기를 측정하는 제2 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 측정부는 X선 형광 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 측정부는,
    상기 방출된 형광 X선을 집광하여 상기 X선 형광 분석기에 제공하는 적어도 하나의 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 증착원은,
    내부에 증착물이 수용되는 적어도 하나의 수용부; 및
    상기 산출된 기화량에 따라 상기 수용부의 온도를 국부적으로 조절하는 온도 제어 유닛을 포함하고, 상기 온도 제어 유닛은,
    상기 수용부의 온도를 증가시켜 상기 증착물을 기화시키는 가열부; 및
    상기 수용부의 온도를 감소시키는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 냉각부는 서로 다른 방향으로 냉각 유체가 이동하는 제1 냉각 라인 및 제2 냉각 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인 각각은,
    상기 냉각 유체가 유입되는 입구 및 상기 냉각 유체가 유출되는 출구를 포함하고, 평면상에서 적어도 하나의 굴곡을 가진 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인은 나란히 배치되고,
    상기 제1 냉각 라인의 입구와 상기 제2 냉각 라인의 출구는 인접하여 배치된 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 진공 챔버는 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향이 정의하는 바닥부, 상기 바닥부의 법선 방향 상에 배치된 기판 지지부를 더 포함하고,
    상기 수용부는 상기 제1 방향으로 이격되어 배치되고, 각각으로부터 상기 기화된 증착물이 배출되는 제1 배출구 및 제2 배출구를 포함하고,
    상기 에너지 조사부 및 상기 측정부는 상기 기판 지지부 및 상기 증착원 사이에서 상기 제2 방향으로 서로 마주하여 배치되고,
    상기 제1 배출구로 배출되는 증착물의 기화량은 상기 제1 배출구의 상측에서 산출된 기화량에 따라 제어되고, 상기 제2 배출구로 배출되는 증착물의 기화량은 상기 제2 배출구의 상측에서 순차적으로 산출된 기화량에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  18. 증착물을 기화시키는 단계;
    상기 기화된 증착물에 에너지를 제공하는 단계;
    상기 에너지에 의해 상기 기화된 증착물이 방출하는 형광의 세기에 근거하여 형성될 증착 박막의 두께를 예측하는 단계; 및
    상기 예측된 증착 박막의 두께에 따라 상기 증착물의 기화량을 제어하는 단계를 포함하는 증착량 제어 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 증착 박막의 두께를 예측하는 단계는,
    상기 형광을 검출하는 단계;
    상기 검출된 형광의 세기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 형광의 세기로부터 기화량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 기화량에 대응되는 증착박막의 두께를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착량 제어 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 기화된 증착물에 에너지를 제공하는 단계는, 상기 기화된 증착물에 전자빔, X선 빔, 자외선 빔 중 적어도 어느 하나를 조사하는 것을 특징으로 하는 증착량 제어 방법.
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