KR20060081975A - 박막 증착 측정 장치 - Google Patents

Abstract

유입되는 증착물의 양을 조절하여 크리스탈 진동자의 수명을 연장한 박막 증착 측정 장치에 관한 것으로, 특히 크리스탈 진동자가 노출되는 제1노출창이 형성된 몸체와 제1노출창의 전면에 위치하여 제1노출창과 겹쳐지는 제2노출창이 형성된 차단판을 포함하며 차단판 또는 몸체가 회전하여 제1노출창과 제2노출창이 겹쳐질 때 증착물이 크리스탈 진동자에 증착된다.

박막 증착, 증발원, 크리스탈 진동자, 차단판

Description

박막 증착 측정 장치{apparatus for detecting a thickness of a vapor deposition}

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 측정 장치의 일실시예에 대한 사시도이다.

도 2a, 2b, 2c는 차단판에 형성되는 제2노출창의 형태에 대한 여러 실시예들을 나타낸다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

100 : 몸체,

110 : 크리스탈 진동자,

120 : 제1노출창,

150 : 차단판,

160 : 제2노출창.

본 발명은 기판에 박막을 증착하는 속도(증착률)나 그 두께를 측정하는 박막 증착 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입되는 증착물의 양을 조절하여 크리스탈 진동자의 수명을 연장한 박막 증착 측정 장치에 관한 것이다.

유기전계발광소자(Organic Light Emitting Device)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 비하여 저전압구동과 저소비전력, 고휘도, 빠른 응답특성, 광시야각, 박형 등의 장점을 배경으로 급속히 기술이 발전하고 있다.

유기전계발광소자는 유기층에 캐소드(cathode)과 애노드(anode)를 통하여 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합하여 여기자를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생되는 현상을 이용한다.

유기전계발광소자는 기판(substrate) 상에 애노드, 다층의 유기박막, 캐소드의 적층형 구조를 가지고 있다. 유기박막은 크게 고분자 유기박막과 저분자 유기박막으로 나누어 지며, 고분자 유기박막은 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 잉크젯 프린팅 등을 이용하여 박막을 형성하고, 저분자 유기박막은 약 10^-7torr 수준의 진공상태에서 증발원(evaporator)를 이용하여 진공증착한다.

진공증착 공정에서 기판에 증착되는 박막의 두께나 증착률을 측정하기 위해 사용되는 것이 박막 증착 측정 장치이다. 박막 증착 측정 장치로는 보통 크리스탈 진동자(crystal oscillator)를 이용한 장치가 많이 사용된다.

크리스탈 진동자를 이용하여 증착률을 측정하는 장치에 대하여는 미국특허 제3,383,842호나 미국특허 제3,541,894호 등에 나타나 있다. 이는 크리스탈 진동자의 앞뒤 양면에 금속을 코팅하고, 이를 각각 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 하여 적당한 진동자(oscillator) 회로에 연결한다. 이때 크리스탈 진동자의 등가 어드미턴스(admittance)는 고유진동수(natural frequency)에서 최대가 된다. 만약 크리스탈 진동자의 고유진동수에 변화가 생기면 이에 따라 진동자의 주파수도 변화한다.

크리스탈 진동자를 진공증착이 일어나는 진공챔버에 위치시키고 증발원에서 나온 증착물(저분자 유기물질 등)에 노출시킨다. 크리스탈 진동자의 표면에 증착물이 흡착되면 크리스탈 진동자의 질량이 증가하고 그 고유진동수는 감소한다. 이에 따른 고유진동수 변화량을 측정함으로써 증착물이 증착되는 속도나 증착물의 두께를 알아낸다.

크리스탈 진동자를 이용한 박막 증착 측정 장치의 가장 큰 단점은 크리스탈 진동자의 수명이 매우 한정되어 있다는 점이다. 크리스탈 진동자 표면에 증착물이 쌓이면 공진(resonance)이 약해지고 결국 크리스탈 진동자가 진동하지 않게 되기 때문이다. 따라서 정확한 증착률을 측정하기 위해서는 일정한 주기마다 크리스탈 진동자를 교체하는 것이 필요하다. 그러나 교체 주기가 너무 짧으면 그때마다 장비의 진행을 중지할 수밖에 없어 공정이 지연되는 문제가 발생한다. 또한 교체 주기가 되기 전에 과다한 증착물이 크리스탈 진동자에 흡착될 경우 증착률에 오차가 발생한다. 상기의 문제점을 해결하기 위해 크리스탈 진동자의 수명을 연장시키기 위한 다양한 방법이 제안되었다.

미국특허 제4,817,430호 에서는 크리스탈 진동자의 상태를 모니터하여 그 교체 시점을 알려주는 방법을 제안하였다. 그러나 이는 교체 시점만을 알 수 있을 뿐, 크리스탈 진동자 자체의 수명을 연장하지는 못하는 문제점이 있다.

미국특허 제5,112,642호 에서는 크리스탈 진동자와 양 전극층 사이에 버퍼층 을 형성하여 크리스탈 진동자의 수명을 연장하는 방법을 제안하였다. 그러나 이는 제한된 증착물에 대해서만 가능하고 연장되는 기간도 제한적이라는 문제점이 있다.

미국특허 제5,025,664호 에서는 복수의 크리스탈 진동자를 하나의 센서에 장착하고, 크리스탈 진동자을 하나씩 바꾸어 사용함으로써 전체적인 수명을 연장한 박막 증착 측정 장치를 제안하였다. 그러나 동 문헌에 의하더라도 크리스탈 진동자 자체의 수명을 연장하지는 못하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위해 크리스탈 진동자의 민감도에 영향을 미치지 않으면서 보다 장기간 사용이 가능한 박막 증착 측정 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 크리스탈 진동자가 노출되는 제1노출창이 형성된 몸체와 상기 제1노출창의 전면에 위치하여 상기 제1노출창과 겹쳐지는 제2노출창이 형성된 차단판을 포함하며 상기 차단판이 회전하여 상기 제1노출창과 상기 제2노출창이 겹쳐질 때 증착물이 상기 크리스탈 진동자에 증착된다.

상기 제2노출창의 면적은 상기 제1노출창의 면적의 0.5배 보다 큰 것이 바람직하다.

상기 차단판의 회전 주기는 상기 크리스탈 진동자의 샘플링 주기의 0.1 배 보다 큰 것이 바람직하며, 상기 차단판의 회전 주기는 적어도 1 Hz 보다 큰 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 크리스탈 진동자가 노출되는 제1노출창이 형성된 몸체와 상기 제1노출창의 전면에 위치하여 상기 제1노출창과 겹쳐지는 제2노출창이 형성된 차단판을 포함하며 상기 몸체가 회전하여 상기 제1노출창과 상기 제2노출창이 겹쳐질 때 증착물이 상기 크리스탈 진동자에 증착된다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 실시예들에 한정할 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 측정 장치의 일실시예에 대한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 박막 증착 측정 장치는 몸체(100) 및 차단판(150)을 포함한다.

몸체(100) 내부에는 하나의 크리스탈 진동자(110) 또는 복수개의 크리스탈 진동자가 장착된다. 복수개의 크리스탈 진동자를 장착한 몸체의 일예에 대하여는 미국특허 5,025,664 에 개시되어 있다. 복수의 크리스탈 진동자가 몸체(100)에 장착되더라도 그 중 하나의 크리스탈 진동자(110)만이 제1노출창(120)을 통해 외부에 노출된다. 증발원(미도시)을 통해 분사되는 증착물은 제1노출창(120)을 통해 노출된 크리스탈 진동자(110)의 표면에 증착되어 박막 증착 측정 장치가 증착률을 측정 하게 된다.

제1노출창(120)으로 유입되는 증착물의 양을 조절하기 위해 본 발명에서는 차단판(150)을 전면에 배치한다. 차단판(150)에는 제1노출창(120)과 겹쳐지도록 제2노출창(160)을 형성하여 증착물이 유입되도록 한다. 증착물은 제2노출창(160)과 제1노출창(120)이 겹쳐질때만 크리스탈 진동자(110)에 증착된다.

본 실시예에서는 차단판(150)을 회전시켜 일정 주기로 제1노출창(120)과 제2노출창(160)이 겹쳐지도록 한다. 즉 제2노출창(160)이 정지하고 있다면 이를 통해 크리스탈 진동자(110)에 유입되는 증착물의 양은 변동이 없다. 그러나 제2노출창(160)이 회전하여 일정 주기로 제1노출창(120)과 겹치도록 한다면 차단판(150)은 일종의 셔터(shutter) 역할을 하여 크리스탈 진동자(110)가 일정 주기로 증착물에 노출되는 결과가 된다.

차단판(150)을 회전시키는 방법에 대하여는 제한이 없다. 본 실시예에서는 모터(미도시)의 회전축을 차단판(150)에 연결하여 회전시킨다.

크리스탈 진동자(110)의 민감도(sensitivity)에 영향을 미치지 않으면서 유입되는 증착물의 양을 최소화하기 위해서는 차단판(150)의 회전 주기와 제2노출창(160)의 형태가 중요하다.

본 실시예에서 차단판(150)의 회전 주기는 크리스탈 진동자(110)의 샘플링 주기(sampling frequency)의 0.1 배보다 크도록 한다. 즉 차단판(150)은 크리스탈 진동자(110)의 샘플링 주기보다 충분히 작게 회전하도록 한다.

크리스탈 진동자(110)와 연결된 제어부(미도시)에서는 일정한 샘플링 주기로 증착률을 계산한다. 예를 들어 종래의 크리스탈 진동자를 이용한 장치의 경우 10 Hz 의 샘플링 주기을 가지며(0.1초에 한번씩 샘플링 한다) 그 중 10회를 평균하여 출력한다. 즉 1초에 한 번씩 출력을 내보낸다. 본 실시예에서는 종래 장치의 샘플링 주기인 10 Hz의 0.1 배인 1 Hz 로 차단판(150)의 회전 주기를 정한다. 즉 1초에 한 바퀴씩 차단판(150)이 회전한다.

또한 크리스탈 진동자(110)의 샘플링 주기가 너무 작다면 차단판(150)의 회전 주기가 너무 작아져 마찰력 등으로 인한 차단판(150)의 회전 제어에 문제가 있다. 따라서 본 실시예에서는 차단판(150)의 회전 주기의 최소값은 1 Hz가 되도록 한다. 즉 적어도 차단판(150)은 1초에 한바퀴는 돌도록 한다.

도 2a, 2b, 2c 는 차단판에 형성되는 제2노출창의 형태에 대한 여러 실시예들을 나타낸다.

제2노출창(210a, 210b, 210c)의 크기가 너무 작다면 유입되는 증착물의 양이 너무 적어 증착률을 측정할 수 없다. 본 실시예에서는 제2노출창(210a, 210b, 210c)의 면적을 제1노출창(220a, 220b, 220c)의 면적 보다 0.5 배 이상 크도록 한다.

제2노출창(210a, 210b, 210c)는 하나를 형성할 수도 있으나 복수개를 형성할 수도 있다. 이때 각 제2노출창의 면적이 동일하게 할 수 있으나, 서로 다르게 할 수도 있다.

즉 제2노출창은 증발원으로부터 나오는 증착물의 양와 차단판의 회전 주기를 고려하여 크리스탈 진동자에 유입되는 증착물의 양을 조절하기 위해 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 실시예에 따른 박막 증착 측정 장치의 동작을 도 1을 참조하여 설명한다. 증발원(미도시)으로부터 증착물이 분사되면 차단판(150)이 회전하기 시작한다. 차단판(150)의 회전에 따라 제1노출창(120)과 제2노출창(160)은 소정 주기로 겹쳐지고 크리스탈 진동자(110)에 유입되는 증착물의 양은 차단판(150)이 없는 경우 보다 줄어든다. 따라서 크리스탈 진동자(110)의 수명이 연장되고 그만큼 장치의 수명이 늘어난다. 만약 복수의 크리스탈 진동자를 번갈아 가며 사용하는 경우라면 장치의 수명은 비약적으로 늘어난다.

본 발명에 따른 박막 증착 측정 장치의 제2실시예를 이하에서 설명한다.

본 발명에 의한 제2실시예는 차단판이 정지하고 몸체가 회전하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일한 구성을 갖는다. 제1실시예에서는 몸체가 정지한 상태에서 차단판이 회전하였으나, 차단판이 정지한 상태에서 몸체가 회전하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서 제1실시예와 동일한 도면 번호로 나타내고 그 중복된 설명은 생략한다.

몸체(100)가 회전하여 일정 주기로 제1노출창(120)과 제2노출창(160)이 겹쳐진다. 즉 제1노출창(120)을 회전시켜 일정 주기로 제2노출창(160)과 겹치도록 한다면 차단판(150)이 일종의 셔터(shutter) 역할을 하여 크리스탈 진동자(110)를 일정 주기로 증착물에 노출시키는 결과가 된다.

몸체(100)의 회전 주기는 크리스탈 진동자(110)의 샘플링 주기의 0.1 배보다 크도록 한다. 즉 몸체(100)는 크리스탈 진동자(110)의 샘플링 주기보다 충분히 작 게 회전하도록 한다. 또한 크리스탈 진동자(110)의 샘플링 주기가 너무 작다면 몸체(100)의 회전 주기가 너무 작아져 마찰력 등으로 인한 몸체(100)의 회전 제어에 문제가 있다. 따라서 몸체(100)의 회전 주기의 최소값은 1 Hz가 되도록 한다. 즉 적어도 몸체는 1초에 한바퀴는 돌도록 한다.

상기의 사항을 제외하고는 제1실시예와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 크리스탈 진동자의 전면에 차단판을 설치하고 차단판 또는 몸체를 회전시켜 일정 주기마다 증착물이 크리스탈 진동자에 증착되도록 함으로써 크리스탈 진동자의 수명을 연장한다.

따라서 박막 증착 측정 장치의 교체 시기를 늦출 수 있고 이에 따른 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (8)

1. 크리스탈 진동자가 노출되는 제1노출창이 형성된 몸체와

   상기 제1노출창의 전면에 위치하여 상기 제1노출창과 겹쳐지는 제2노출창이 형성된 차단판을 포함하며,

   상기 차단판이 회전하여 상기 제1노출창과 상기 제2노출창이 겹쳐질 때 증착물이 상기 크리스탈 진동자에 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2노출창의 면적은 상기 제1노출창의 면적의 0.5배 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 차단판의 회전 주기는 상기 크리스탈 진동자의 샘플링 주기의 0.1 배 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 차단판의 회전 주기는 적어도 1 Hz 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
5. 크리스탈 진동자가 노출되는 제1노출창이 형성된 몸체와

   상기 제1노출창의 전면에 위치하여 상기 제1노출창과 겹쳐지는 제2노출창이 형성된 차단판을 포함하며,

   상기 몸체가 회전하여 상기 제1노출창과 상기 제2노출창이 겹쳐질 때 증착물이 상기 크리스탈 진동자에 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제2노출창의 면적은 상기 제1노출창의 면적의 0.5배 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 몸체의 회전 주기는 상기 크리스탈 진동자의 샘플링 주기의 0.1 배 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 몸체의 회전 주기는 적어도 1 Hz 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 증착 측정 장치.

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