KR20100004165A - 막 증착 장치와 막 두께 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판과 대향 배치되어 기판에 유기막의 원료 물질을 공급하는 원료 공급부와, 상기 기판에 증착되는 유기막의 두께를 측정하기 위해 챔버 내에 마련되는 적어도 하나의 센서 및 상기 센서의 표면에 증착된 유기막을 제거하기 위해 챔버 내에 마련되는 적어도 하나의 재생 수단을 포함하는 막 증착 장치와 막 두께 측정 방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명은 진공 챔버 내에 기판에 증착되는 박막 두께를 모니터링을 위한 다수의 센서가 마련되어 교체 사용되고, 사용된 센서는 진공 챔버 내에서 클리닝되어 다시 사용된다. 따라서, 센서 자체의 수명이 다하지 않는 한 반영구적으로 사용할 수 있으므로, 챔버의 진공을 파괴하지 않고 장시간 장비를 운영할 수 있으며, 센서의 교체 비용을 절감할 수 있다.
유기막, 박막 두께, 센서, 수정 진동자, 두께 측정, 챔버

Description

막 증착 장치와 막 두께 측정 방법{APPARATUS FOR DEPOSITING FILM AND METHDOD FOR MEASUREING FILM THICKNESS}
본 발명은 막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 증착되는 막의 두께를 측정하기 위한 막 증착 장치와 막 두께 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 발광 소자(OLED: Organic Light Emitted Diode)를 제작하는데 있어서, 가장 중요한 공정은 유기 막을 형성하는 공정이며, 이러한 유기 막을 형성하기 위해서는 진공 증착 방법이 주로 사용된다.
진공 증착 방법은 챔버 내에 글라스(glass)와 같은 기판과 파우더(powder) 형태의 원료 물질이 담긴 점 증발원 또는 선형 증발원을 대향 배치하고, 증발원 내에 담긴 고상 또는 액상의 원료 물질을 기화시켜 증발된 원료 물질을 분사함으로써 기판의 일면에 유기 막을 형성한다. 이때, 기판에 형성된 유기 막의 두께를 제어할 필요가 있으므로, 챔버 내에는 막 두께 측정장치가 마련되는 것이 보통이다.
상기 막 두께 측정장치는 크리스탈 진동자 등의 센서를 구비하고 있다. 기판에 증착된 막의 두께를 측정하는 원리는, 막 증착을 위한 증발원으로부터 제공되는 막 원료 물질이 기판에 성막됨과 동시에 센서의 표면에 성막되고 센서의 표면에 성 막된 물질의 양에 따라서 센서로부터 나오는 신호를 처리하여 기판에 성막되는 막의 두께를 표시한다. 이때 센서의 표면에 성막된 막의 두께가 소정의 값에 이르면 센서는 더 이상 정상적인 동작을 할 수 없게 되며, 이를 불량 상태라고 할 수 있고, 새로운 센서로 교체하여 막의 두께 측정에 사용하여야 한다.
장시간 사용을 위한 막 두께 측정기는 일면에 다수의 센서가 원주 형상으로 배열된 원판 및 상기 원판의 전면을 커버하도록 결합되어 상기 다수의 센서 중 어느 하나만을 노출시키도록 개구된 커버(cover)로 구성된 리볼버 타입(revolver type)이 주로 사용된다. 이러한 막 두께 측정기는 진공 챔버 내에 장착되어 사용 중인 센서 표면에 소정 이상의 두께로 막이 증착되어 수명을 다하면 원판을 회전시켜 다른 센서로 교체 사용할 수 있기 때문에, 챔버를 열지 않고 비교적 오랜 시간 동안 성막 공정을 진행할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 막 두께 측정기는 센서의 교체 주기를 다소 늘릴 수 있을 뿐, 구비된 모든 센서의 수명이 다하면 결국 챔버를 열어 막 두께 측정기의 모든 센서를 새로운 것으로 교체해야만 한다. 따라서, 센서의 교체 비용이 발생 될 뿐만 아니라 진공 파괴를 피할 수 없다. 일단, 챔버를 열어 진공 환경이 파괴되면 다시 원래의 진공 환경을 회복하기까지 일정한 시간이 필요하므로, 그동안은 안정적인 제품 생산이 어렵게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 사용된 센서를 챔버 내에서 재생하여 다시 사용함으로써, 센서의 교체 작업에 따른 진공 파괴를 최소화함으로써, 생산성 저하를 방지하면서 안정적으로 제품을 생산할 수 있도록 한 막 증착 장치와 막 두께 측정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 사용된 센서를 재사용함으로써, 센서의 교체 비용을 절감할 수 있도록 한 막 증착 장치와 막 두께 측정 방법를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 막 증착 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판과 대향 배치되어 기판에 막의 원료 물질을 공급하는 원료 공급부; 상기 기판에 증착되는 막의 두께를 측정하기 위해 챔버 내에 마련되는 적어도 하나의 센서; 및 상기 센서의 표면에 증착된 막을 제거하기 위해 챔버 내에 마련되는 적어도 하나의 재생 수단; 을 포함하다.
상기 센서는 복수로 마련되는 것이 바람직하다.
상기 다수의 센서의 전방에 배치된 커버 부재 및 상기 커버 부재에 의해 개방부가 덮여지고 상기 다수의 센서가 수용되는 용기 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 커버 부재에는 두께 측정에 사용될 센서를 노출시키는 제 1 개구부가 형성된 것이 바람직하다.
상기 커버 부재에는 두께 측정에 사용된 후 재생시킬 센서를 노출시키는 제 2 개구부가 형성된 것이 바람직하다.
상기 제 1, 제 2 개구부 중 적어도 하나에는 통로의 개폐를 위한 셔터가 마련된 것이 바람직하다.
상기 다수의 센서는 순차적으로 선택되어 사용되고, 두께 측정에 사용된 센서는 상기 재생 수단에 의해 재생되어 다시 사용되는 것이 바람직하다.
상기 원료 공급부는 점 형태 또는 선 형태로 배치된 적어도 하나의 유기물 증발원을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 원료 공급부 및 상기 기판 중 적어도 하나는 상호 간의 상대적 이동을 위한 구동 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기에서, 재생수단은 복사 에너지 수단, 직접 가열 수단, 이온 밀링 수단 및 플라즈마 식각 수단 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 복사 에너지 수단은 적외선 램프, 램프, 레이저, 코일 히터 및 플레이트 히터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 직접 가열 수단은 저항 가열식 히터와 유도 가열식 히터를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 막 두께 측정 방법은, 챔버 내에 막 두께 측정을 위한 센서를 구비하는 막 두께 측정 장치를 마련하는 단계; 상기 센서를 사용하여 상기 챔버 내의 기판 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 단계; 및 상기 챔버 내에서 상기 센서의 표면에 증착된 막을 제거하여 상 기 센서를 재생하는 단계; 를 포함한다.
상기 센서는 복수로 마련되고, 상기 막의 두께 측정 단계는 상기 복수의 센서를 순차적으로 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 센서는 복수로 마련되고, 상기 재생 단계와 동시에 상기 측정 단계에서 사용되지 않은 센서를 선택하여 기판 상에 증착되는 막의 두께를 연속하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 막 두께 측정 장치는 복수로 마련되고, 상기 재생 단계와 동시에 상기 측정 단계에서 사용되지 않은 센서를 구비하는 다른 막 두께 장치를 선택하여 기판 상에 증착되는 막의 두께를 연속하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 막의 제거 단계는, 상기 복사 에너지 수단, 직접 가열 수단, 이온 밀링 수단 및 플라즈마 식각 수단 중 적어도 하나를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다.
상기 막의 제거 이후에, 상기 막이 제거된 센서를 다시 사용하여 기판 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 단계; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 진공 챔버 내에서 기판에 증착되는 막 두께 모니터링을 위한 다수의 센서가 마련되어 교대로 사용되고, 사용된 센서는 진공 챔버 내에서 재생되어 다시 사용된다. 따라서, 센서 자체의 수명이 다하지 않는 한 반영구적으로 사용할 수 있으므로, 센서의 교체 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 센서의 교체 작업에 따른 진공 파괴를 최소화할 수 있으므 로, 공정 중단에 따른 생산성 저하를 방지하면서 안정적으로 제품을 생산할 수 있다.
이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 두께 측정 장치를 구비하는 막 증착 장치의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 평면도서, 도 2의 'A' 방향에서 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 상기의 막 증착 장치는, 챔버(110)와, 상기 챔버(110) 내에 마련되어 기판(G)을 지지하는 기판 지지부(120)와, 상기 기판(G)과 대향 배치되어 기판(G)에 원료 물질을 공급하는 원료 공급부(150) 및 상기 기판(G)에 증착되는 막의 두께를 감지하는 막 두께 측정 장치(170)를 포함한다.
챔버(110)는 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되며, 내부에는 기판(G)을 처리할 수 있도록 소정의 반응 공간이 마련된다. 상기에서는 챔버(110)를 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않으며 기판(G)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버(110)의 일측벽에는 기판(G)의 출입을 위한 게이트(111)가 형성될 수 있으며, 상기 챔버(110)의 타측벽에는 내부 배기를 위한 배기부(112)가 마련될 수 있다. 여기서, 게이트(111)는 슬릿 밸브(slit valve)로 구성될 수 있고, 배기부(112)는 진공 펌프로 구성될 수 있다. 한편, 상기에서는 챔버(110)를 일체형으로 설명하였지만, 챔버(110)를 상부가 개방된 하부 챔버와, 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드(lid)로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다.
기판 지지부(120)는 챔버(110) 내의 상부에 마련되며, 챔버(110) 내로 인입된 기판(G)을 지지한다. 본 실시예는 기판(G)의 증착면 즉, 하면에 소정의 증착 패턴을 갖는 새도우 마스크(shadow mask)(140)가 배치되며, 상기 새도우 마스크(140)는 챔버(110)의 측벽에서 내측을 향해 돌출된 프레임(130)에 결합되어 챔버(110)의 측벽에 고정된다. 또한, 상기 새도우 마스크(140) 또는 프레임(130)에는 상하를 관통하는 다수의 관통홀(131)이 형성되고, 상기 다수의 관통홀(131)을 관통하여 기판 지지부(120)의 돌기부가 상하로 승강되도록 구성되어 기판(G)을 지지한다. 이러한 기판 지지부(120)는 상방으로 연장되어 기판(G)의 하면을 지지하는 다수의 돌기부 및 상기 돌기부를 상하로 이동시키는 승강부(미도시)를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 상기의 기판 지지부(120)는 기판(G)을 지지할 수 있다면 기판(G)의 하부뿐만 아니라 기판(G)의 상부에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 기판 지지부(120)는 하부면에 기판(G)을 지지하는 지지대와, 상기 지지대를 이동시키는 구동부를 포함하여 구성될 수 있을 것이다. 여기서, 지지대에는 기계력, 진공 흡임 력, 정전력 등을 이용하여 기판(G)을 잡아주는 다양한 척 수단이 추가로 구성될 수도 있을 것이다. 그리고, 구동부는 지지대를 수직 또는 수평 방향으로 이동시키는 동시에 지지대를 회전시킬 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 새도우 마스크(shadow mask)(140)를 잡아주는 프레임(130)의 내부 또는 주변에는 새도우 마스크(140)의 온도를 제어하기 위한 수단(미도시) 예를 들어, 저항 발열 히터, 램프 히터 등의 가열 수단 또는 냉각 라인과 같은 냉각 수단이 추가로 마련될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 본 실시예의 프레임(140)에는 기판(G)의 하면에 배치된 새도우 마스크(shadow mask)의 급격한 온도 상승을 방지하기 위해 냉각 라인이 매설된다.
원료 공급부(150)는 기판 지지부(120)에 의해 지지된 기판(G)에 대향하도록 챔버(110) 내의 하부 또는 측부에 마련되어 기판(G)에 원료 물질을 증발시켜 공급하는 역할을 한다. 이러한 원료 공급부(150)는 점(point) 형태 또는 선(line) 형태로 배치된 적어도 하나의 증발원을 구비한다. 상기 증발원은 원료 물질(152)이 저장된 도가니(152)와, 상기 도가니(152)를 개폐하기 위한 셔터(153) 및 상기 도가니(152)를 가열하기 위한 가열 부재(미도시)를 포함한다. 상기 도가니(152)는 상부가 개방된 박스 형상으로 형성되며, 도가니(152)의 내부에는 원료 물질(152)이 채워진다. 상기 가열 부재는 도가니(152)에 열을 제공하여 도가니(152)에 저장된 원료 물질(152)을 증발시키는 역할을 한다. 여기서, 가열 부재는 도가니(152)의 몸체에 매설되거나 외측 또는 내측에 별도로 마련될 수도 있을 것이다. 상기 셔터(153)는 도가니(152)에서 증발된 원료 물질이 기판(G)으로 공급되는 경로를 열어주거나 차단하는 역할을 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 막 두께 측정 장치(170)는 원주 방향으로 이격 배치된 다수의 센서(210a,210b)와, 상기 다수의 센서(210a,210b)를 일체로 회전시키는 회전 부재(220)와, 상기 다수의 센서(210a,210b)의 외측을 커버하며 다수의 센서(210a,210b) 중 하나를 노출시키는 커버 부재(230) 및 상기 커버 부재(230)에 의해 개방부가 덮여지며 상기 다수의 센서(210a,210b) 및 회전 부재(220)가 내부에 수용되는 용기 부재(260)를 포함하고, 상기 커버 부재(230)의 외측에 마련되며 상기 다수의 센서(210a,210b) 중 하나의 전방에 배치된 복사 에너지 수단(250)을 더 포함한다. 이러한 막 두께 측정 장치(170)는 챔버(110)의 측벽에서 중심 방향으로 소정 길이 연장된 지지대(160)에 장착되며, 복사 에너지 수단(250)은 일체형 또는 분리형으로 구성될 수도 있다.
상기 센서(210a,210b)는 표면에 증착된 막 두께를 감지하여 기판(G)에 증착된 막 두께를 모니터링(monitoring)하는 역할을 한다. 상기 센서(210a,210b)로는 표면에 막이 증착되면 수정 진동자(211)의 고유 진동수가 변화되어 이를 통해 막의 두께를 알 수 있는 수정 진동자 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 센서(210a,210b)의 진동수 변화를 측정하여, 측정된 진동수 변화를 기판(G)에 증착된 막 두께로 환산하기 위한 별도의 제어 회로(미도시)는 센서 몸체(212)에 자체로 내장되거나 별도로 외장 될 것이다. 이러한 센서(210a,210b)는 하나의 챔버(110) 내에 다수로 마련되어 평판 부재(240)의 일면에 장착되고, 원주 방향을 따라 상호 일정한 거리로 이격되어 배치된다.
상기 회전 부재(220)는 평판 부재(240)의 중심에 결합되는 회전축(222)과 상기 회전축(222)에 회전력을 인가하는 구동부(221)를 포함한다. 여기서, 구동부(221)는 회전축(222)을 소정 각도만큼 미세하게 회전시킬 수 있는 스텝 모터(step motor) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 커버 부재(230)는 센서(210a,210b)의 전단에 소정 거리로 이격 배치되고, 다수의 센서(210a,210b) 중 적어도 하나(210a)를 노출시키는 제 1 개구부(231a)와 나머지 센서 중 적어도 하나(210b)를 노출시키는 제 2 개구부(231b)를 구비한다. 이때, 제 1 개구부(231a)는 막 공정시 기판(G)에 증착된 막 두께를 감지할 수 있도록 정상 상태의 센서(210a)에 막 물질이 유입되는 통로 역할을 하므로, 개구 방향은 원료 공급부(150)를 향해 완전히 개방되도록 형성되는 것이 바람직하다. 반면, 제 2 개구부(231b)는 사용된 센서(210b)의 표면에 증착된 막 물질을 제거하기 위해 복사 에너지가 인가되는 통로 역할을 하므로, 출구 방향은 원료 공급부(150)를 향해 가로막혀 있도록 형성되는 것이 바람직하고, 출구 전방에 복사 에너지 수단(250)이 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 제 1 개구부(231a) 및 제 2 개구부(231b) 중 적어도 하나에는 개구 영역을 개방하거나 폐쇄시키는 셔터(미도시)가 추가로 설치될 수도 있을 것이다.
상기 복사 에너지 수단(250)은 그 표면에 소정 두께의 유기막이 증착되어 더 이상 사용이 불가능한 센서(210b)를 초기 상태로 재생시켜 다시 사용할 수 있게 해주는 역할을 한다. 즉, 복사 에너지를 인가하여 센서(210b) 표면을 가열하고, 센서(210b) 표면에 증착된 막 물질을 증발시켜 제거해줌으로써, 이미 사용되어 소정 두께의 유기막이 증착된 센서(210b)를 사용 전의 초기 상태로 복구시켜 준다. 이러한 복사 에너지 수단(250)은 복사 에너지를 발생시키는 복사 에너지 소스(source)(251)를 구비하고, 필요에 따라 상기 복사 에너지를 일측 방향으로 집광시키는 리플렉터(reflector)(252)를 더 포함할 수 있다. 이때, 복사 에너지 소스(251)로는 광을 방출할 수 있는 적외선 램프, 램프, 레이저, 코일 히터(coil heater), 및 플레이트 히터 (plate heater) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 리플렉터(252)로는 중심에 복사 에너지 소스(251)가 배치된 반구 형성의 반사면을 사용할 수 있다.
한편, 상기에서는 복사 에너지 수단(250)이 커버 부재(230)의 외측(또는 전방)에 설치되었으나, 커버 부재(230)의 내측(또는 후방)에 설치될 수도 있다. 이 경우 커버 부재(230)는 복사 에너지 수단(250)을 수용할 수 있는 크기로 제작되어야 할 것이며, 이미 사용된 센서를 노출시키기 위한 제 2 개구부(231b)는 불필요할 것이다. 또한, 상기에서는 복사 에너지 수단(250)이 고정된 상태에서 다수의 센서(210a,210b)가 이동되어 막 두께 측정에 사용할 센서(210a) 또는 재생이 필요한 센서(210b)가 선택되었으나, 이와 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 다수의 센서(210a,210b)가 고정된 상태에서 복사 에너지 수단(250)이 이동되어 막 두께 측정에 사용할 센서(210a) 또는 재생이 필요한 센서(210b)가 선택될 수도 있고, 필요에 따라 복사 에너지 수단(250) 및 다수의 센서(210a,210b)가 함께 이동되어 막 두께 측정에 사용할 센서(210a) 또는 재생이 필요한 센서(210b)가 선택될 수도 있음은 물론이다. 이처럼, 복사 에너지 수단(250)이 이동 가능하면 필요한 경우에만 복 사 에너지 수단(250)을 제 2 개구부(231b)의 전단으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 제 1 개구부(231a)를 통해 노출되어 막 두께 측정에 사용할 센서(210a)의 동작이 복사 에너지 수단(250)에 의해 방해받지 않으므로, 기판(G)에 증착되는 막의 두께를 보다 신뢰성 있게 측정할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 동작 과정을 도 1 내지 도 4를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 챔버(110) 내부에는 막 두께 감지를 위한 다수의 센서 예를 들어, 2개의 센서(210a,210b)를 구비하는 막 두께 측정 장치(170)가 장착된다. 이때, 2개의 센서(210a,210b)는 모두 사용되지 않은 상태이고, 센서의 개수는 도 4와 같이 2개 이상, 즉, 4개(210a,210b,210c,210d)일 수도 있다. 한편, 챔버(110) 내부로 기판(G)이 인입되어 기판 지지부(130)에 거치되면, 원료 공급부(150)에서 원료 물질(152)이 증발되고, 증발된 원료 물질은 기판(G)의 일면 즉, 하면에 증착되어 막을 형성한다. 이때, 기판(G)에 형성되는 막 패턴은 기판(G) 하부에 배치된 새도우 마스크(140)의 패턴 형상에 따라 규제된다. 또한, 원료 공급부(150)에서 증발된 원료 물질(152)은 막 두께 측정 장치(170)를 향하여도 공급되고, 제 1 개구부(231a)를 통해 노출된 센서(210a)의 표면에 소정 두께의 막을 형성하게 된다. 이에 따라, 제 1 개구부(231a)를 통해 노출된 센서(210a)를 이용하여 기판(G)에 형성된 막 두께를 모니터링 하면서 원하는 두께의 막을 형성할 수 있게 된다. 이때, 대면적의 기판(G)에 균일한 두께의 막을 형성하기 위해서는 상기 원료 공급부(150)의 증발원이 선형으로 배치되고, 선형 증발원과 기판(G)이 서로 상대적 이동 예를 들어, 왕 복 이동을 하도록 구성되는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 상기 원료 공급부 (150) 및 상기 기판(G) 중 적어도 하나는 상호 간의 상대적 이동을 위한 구동 부재에 연결될 수 있다. 한편, 제 1 개구부(231a)를 통해 노출된 센서(210a)의 표면에 임계치 정도의 두께로 막이 증착되면 판형 부재(240)를 180도 회전시켜 사용되지 않는 나머지 센서(210b)를 제 1 개구부(231a)를 통해 노출시키고, 이를 통해 기판(G)에 형성된 막 두께를 모니터링하면서 막 공정을 계속 진행한다. 한편, 막의 두께 측정에 사용되어 그 표면에 임계치 정도의 두께로 막이 증착된 센서(210a)는 제 2 개구부(231b)를 통해 노출되어, 복사 에너지를 인가받는다. 이에 따라, 두께 측정에 사용된 센서(210a)의 노출 표면에 증착된 막 물질이 증발되어 제거됨으로써, 두께 측정에 사용된 센서(210a)는 진공 챔버(110) 내에서 원래의 초기 상태로 재생되어 다시 사용될 수 있다. 상기의 복사 에너지 소스는 항시 복사 에너지를 방출할 수도 있고, 필요에 따라 전원을 가하여 일시적으로 복사 에너지를 방출할 수도 있다.
만일, 복사 에너지 수단(250)이 이동 가능한 경우라면, 제 2 개구부(231b)가 셔터에 의해 닫힌 상태에서 제 2 개구부(231b)의 전단으로 복사 에너지 수단(250)이 이동된다. 이어, 제 2 개구부(231b)의 셔터가 열리면서 복사 에너지가 인가되어 두께 측정에 사용된 센서(210a)의 표면에 증착된 막 물질이 증발되어 제거된다. 이후, 다시 제 2 개구부(231b)의 셔터가 닫히면서 복사 에너지 수단(250)은 제 1 개구부(231b)를 통해 노출된 센서의 표면에 막 물질이 증착되는 것을 방해하지 않는 위치로 이동된다. 이러한 과정에서 복사 에너지 수단(250)이 이동하는 동안 및 복 사 에너지 수단(250)이 두께 측정에 사용된 센서(210a)를 재생하는 동안에는 공정이 일시 중단될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치(170)는 두께 측정에 사용된 센서를 챔버 내에서 재생하여 다시 사용하기 때문에 센서 자체의 수명이 다하지 않는 한 반영구적으로 사용할 수 있다. 따라서, 센서의 교체 비용이 절감될 뿐만 아니라 교체 작업에 따른 진공 파괴를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 잦은 진공 파괴를 피할 수 있어 안정적인 제품 생산이 가능하다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 막 두께 측정 장치를 구비하는 막 증착 장치의 모식도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 막 두께 측정 장치(510)는 원료 공급부(150)에서 연장된 지지대(520)에 장착된다. 이와 같이, 막 두께 측정 장치(510)는 챔버(110)의 측벽 뿐만 아니라 기판(G)의 막 증착에 영향을 주지 않는 범위에서 원료 공급부(510)에서 증발된 원료 물질이 도달할 수 있는 곳이라면 챔버(110) 내부의 어디에도 설치 가능하다. 또한, 상기 막 두께 측정 장치(510)는 복사 에너지 수단(250)의 외측을 둘러싸는 외측 커버(511)를 구비한다. 상기 외측 커버(511)는 불량 상태인 센서에서 증발된 막 물질이 다른 구성물 예를 들어, 제 1 개구부(231a)에 노출된 센서(210a), 기판(G) 등에 도달되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 외측 커버(511)에는 증발된 막 물질을 챔버(110) 외부로 배기하기 위한 별도의 배기구(512)가 마련될 수도 있다.
한편, 전술한 제 1, 제 2 실시예에 따른 막 두께 측정 장치(170,510)는 하나의 챔버(110) 내에 복수의 센서(210a,210b)가 마련되어 사용된 센서에 대한 재생 공정이 진행되면 나머지 센서로 기판(G) 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 방식으로, 복수의 센서(210a,210b)를 교대로 사용하여 성막 공정을 연속적으로 진행할 수 있다. 그러나, 이와는 달리 하나의 챔버(110) 내에는 센서가 단수로 마련될 수도 있다. 이 경우 사용된 센서에 대한 재생 공정이 진행되면 기판(G) 상에 증착되는 막의 두께를 측정할 수 없으므로, 성막 공정을 일시 중단하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 챔버(110) 내에는 막 두께 장치(170,510)가 복수로 마련되어, 이 중 하나의 막 두께 장치에 대한 재생 공정이 진행되면 나머지 막 두께 장치로 기판(G) 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 방식으로, 복수의 막 두께 장치를 교대로 사용하여 성막 공정을 연속적으로 진행할 수도 있다.
또한, 전술한 제 1, 제 2 실시예에 따른 막 두께 측정 장치(170,510)에서 복사 에너지 수단(250)은 챔버(110)의 진공을 파괴하지 않고 챔버(110) 내에서 사용된 센서의 표면에 증착된 막 물질을 제거할 수 있다면 다른 어떠한 수단으로도 대체 가능하다. 예를 들어, 유기 발광 소자의 제작에 사용되는 유기막은 대략 300 내지 600℃ 정도의 온도에서 쉽게 기화되어 증발된다. 따라서, 램프, 히터, 레이저 등을 이용한 복사 에너지 혹은 히터의 접촉에 의한 직접 가열을 이용하여 센서의 표면에 열을 가함으로써 센서 표면에 증착된 막 물질을 제거할 수 있다. 상기 직접 가열 수단은 와이어 히터 또는 플레이트 히터를 센서에 직접 접촉시켜 센서 및 센서 표면을 고온으로 가열하여 센서 표면에 증착된 물질을 증발시킬 수 있는 수단으 로써, 각종 형태의 저항 가열식 히터와 유도 가열식 히터 등을 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마에 의한 건식 식각이나, 이온 밀링 등의 방법을 이용할 경우에도 센서의 표면에 증착된 유기 물질을 용이하게 제거할 수 있다. 반면, 대략 1000℃ 이상의 고온에서 기화되는 금속막이거나 또는 유기물 및 무기물의 혼합막인 경우에는 가열하여 제거하기가 용이하지 않으며, 제거한다고 하더라도 고온 처리로 인하여 센서 자체가 손상될 가능성이 높다. 따라서, 상기의 물질을 센서의 표면에서 제거하기 위해서는 플라즈마에 의한 건식 식각이나 이온 밀링 등의 방법이 보다 유리할 것이다. 상기의 공정 기술은 반도체 공정에 널리 사용되어 안정화되어 있을 뿐만 아니라 공정 온도가 낮아 센서 자체의 파손 우려가 적은 장점이 있다. 하기에서는 재생 수단으로 플라즈마에 의한 건식 식각이나 이온 밀링 방법을 사용한 경우를 보다 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기의 막 두께 측정 장치는 다수의 센서(210a,210b)가 수용된 커버 부재(260)의 전방에 이온 밀링(ion milling) 수단(600)이 마련된다. 상기의 이온 밀링 수단(600)은 플라즈마에 의하여 생성되는 양성 이온들을 소정의 전압으로 가속시키고, 가속된 양성 이온들을 사용된 센서(210b)의 표면에 충돌시켜 물리적으로 센서(210b)의 표면에 증착된 물질 즉, 유기, 무기, 또는 금속막을 제거하는 수단으로서 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기의 이온 밀링 수단(600)은 적어도 일측이 개방된 내부 공간 및 상기 내부 공간과 연통되는 가스 주입구를 구비하는 용기부(610)와 상기 용기부(610)의 개방부 전방에 배치되는 그 리드(grid)(620) 및 상기 용기부와 상기 그리드(620)에 플라즈마 전압과 가속 전압을 인가하는 전원부(630)을 포함하는 이온 빔 발생 장치로 구성될 수 있다. 용기부(610)의 내부로 가스 예를 들어, 산소 또는 아르곤 가스를 주입한 후 용기부(610)에 플라즈마 전원 예를 들어, RF 전원을 인가하면 내부에 플라즈마(P1)가 형성되어 양성으로 대전된 입자 즉, 양성 이온들이 발생되고, 양성 이온들은 가속 전압 예를 들어, DC 전원이 인가되는 그리드(620) 방향으로 가속되어 외부로 방출됨으로써 센서(210b)의 표면에 충돌하게 된다. 이러한 이온 밀링 수단(600)을 재생 사용하면 유기막 뿐만 아니라 금속막, SiO2, Si3N4 등 모든 막을 제거할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기의 막 두께 측정 장치는 다수의 센서(210a,210b)가 수용된 커버 부재(260)의 전방에 플라즈마 식각(plasma etching) 수단이 마련된다. 상기의 플라즈마 식각은 플라즈마(P2)를 발생시켜 사용된 센서(210b)의 표면에 증착된 물질을 플라즈마에 의하여 식각 시킬 수 있는 수단으로서 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기의 플라즈마 발생 수단은 플라즈마(P2)를 발생시키기 위한 전자기파를 방출하는 안테나와, 상기 안테나에 플라즈마 전원을 인가하는 전원부(710)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 안테나로는 센서들(210a,210b)을 수용하는 커버 부재(260)가 이용될 수 있고, 또는 커버 부재(260)의 전방에 추가의 셔터(미도시)를 배치하고 상기 셔터를 안테나로 이용할 수도 있다. 또한, 상기의 전원부(250)는 임피던스 매칭을 위한 정합부(matcher)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기에서는 센서의 재사용이 가능한 막 두께 측정 장치가 진공에서 원료 물질을 증발시켜 막을 형성하는 방식의 막 증착 장치에 적용되는 것을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering) 방식의 다양한 막 증착 장치에 적용될 수도 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 두께 측정 장치를 구비하는 막 증착 장치의 모식도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 평면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 막 두께 측정 장치를 구비하는 막 증착 장치의 모식도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 챔버 120: 기판 지지부
140: 새도우 마스크 160: 지지대
170,510: 막 두께 측정 장치 210a~210d: 센서
220: 회전 부재 230: 커버 부재
240: 평판 부재 250: 복사 에너지 수단
260: 용기 부재 511: 외측 커버
G: 기판

Claims (18)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판과 대향 배치되어 기판에 막의 원료 물질을 공급하는 원료 공급부;
    상기 기판에 증착되는 막의 두께를 측정하기 위해 챔버 내에 마련되는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 센서의 표면에 증착된 막을 제거하기 위해 챔버 내에 마련되는 적어도 하나의 재생 수단; 을 포함하는 막 증착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서는 복수로 마련된 막 증착 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 센서의 전방에 배치된 커버 부재 및
    상기 커버 부재에 의해 개방부가 덮여지고 상기 다수의 센서가 수용되는 용기 부재를 포함하는 막 증착 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 커버 부재에는 두께 측정에 사용될 센서를 노출시키는 제 1 개구부가 형성된 막 증착 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버 부재에는 두께 측정에 사용된 후 재생시킬 센서를 노출시키는 제 2 개구부가 형성된 막 증착 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 개구부 중 적어도 하나에는 통로의 개폐를 위한 셔터가 마련된 막 증착 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 센서는 순차적으로 선택되어 사용되고, 두께 측정에 사용된 센서는 상기 재생 수단에 의해 재생되어 다시 사용되는 막 증착 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 공급부는 점 형태 또는 선 형태로 배치된 적어도 하나의 유기물 증발원을 포함하는 막 증착 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 원료 공급부 및 상기 기판 중 적어도 하나는 상호 간의 상대적 이동을 위한 구동 부재를 포함하는 막 증착 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생수단은,
    복사 에너지 수단, 직접 가열 수단, 이온 밀링 수단 및 플라즈마 식각 수단 중 적어도 하나를 포함하는 막 증착 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복사 에너지 수단은 적외선 램프, 램프, 레이저, 코일 히터 및 플레이트 히터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막 증착 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 직접 가열 수단은 저항 가열식 히터와 유도 가열식 히터를 포함하는 막 증착 장치.
  13. 챔버 내에 막 두께 측정을 위한 센서를 구비하는 막 두께 측정 장치를 마련하는 단계;
    상기 센서를 사용하여 상기 챔버 내의 기판 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 단계; 및
    상기 챔버 내에서 상기 센서의 표면에 증착된 막을 제거하여 상기 센서를 재 생하는 단계; 를 포함하는 막 두께 측정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 센서는 복수로 마련되고,
    상기 막의 두께 측정 단계는 상기 복수의 센서를 순차적으로 선택하여 사용하는 막 두께 측정 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 센서는 복수로 마련되고,
    상기 재생 단계와 동시에 상기 측정 단계에서 사용되지 않은 센서를 선택하여 기판 상에 증착되는 막의 두께를 연속하여 측정하는 막 두께 측정 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 막 두께 측정 장치는 복수로 마련되고,
    상기 재생 단계와 동시에 상기 측정 단계에서 사용되지 않은 센서를 구비하는 다른 막 두께 장치를 선택하여 기판 상에 증착되는 막의 두께를 연속하여 측정하는 막 두께 측정 방법.
  17. 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막의 제거 단계는,
    상기 복사 에너지 수단, 직접 가열 수단, 이온 밀링 수단 및 플라즈마 식각 수단 중 적어도 하나를 이용하여 실시하는 막 두께 측정 방법.
  18. 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막의 제거 이후에,
    상기 막이 제거된 센서를 다시 사용하여 기판 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 단계; 를 더 포함하는 막 두께 측정 방법.
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