KR20140042655A - 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 장시간에 걸쳐 안정된 막 두께 측정이 가능해지고, 유기 EL 제조 장치의 연속 가동 시간을 연장할 수 있는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드를 제공하는데 있다. 가열된 도가니로부터의 증발 입자를 검출하는 수정 진동자와, 그 수정 진동자를 설치한 수정 진동자 홀더와, 그 수정 진동자 홀더를 덮는 금속제의 커버와, 그 커버와 열적으로 접속된 모니터 본체와, 그 모니터 본체에 설치된 냉각 부재를 구비하고, 상기 커버는 열원에 가까운 부분을 스테인리스강으로 하고, 상기 모니터 본체와 접촉하는 부분을 알루미늄 합금으로 한 것을 특징으로 한다.

Description

수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드{QUARTZ OSCILLATOR-TYPE FILM THICKNESS MONITORING SENSOR HEAD}

본 발명은 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드에 관한 것이다.

유기 EL 제조 장치 등에 있어서의 박막의 막 두께 검출 방법으로서는 수정 발진식이 있다. 이 수정 발진식은 수정 진동자의 표면에 물질이 부착되면 그 공진 진동이 변화하는 것을 이용해서 물질의 막 두께를 측정하는 것이다.

이 경우, 수정 진동자가 증착시에 발생하는 열에 의한 영향을 받으면 수정 진동자의 공진 주파수가 변동하여, 정확한 측정이 불가능하게 되어 성막 결과에 영향을 준다.

이 문제를 해결하는 종래 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1이 있다. 이 종래 기술은 수정 진동자로 이루어지는 모니터의 온도를 펠티에 소자에 의해 소정의 일정 온도로 유지하도록 한 것이다.

일본 특허 공개 소63-72872호 공보

종래의 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드는 열 대책으로서, 수냉 냉각 코일(냉각 기구)을 실장하는 동시에, 열 실드(열 차폐 커버)를 수정 진동자를 덮도록 설치하며, 성막 공정에 있어서의 복사열로부터 수정 진동자를 보호하고 있었다.

이 열 실드와 수정 진동자를 수용하는 수정 진동자 홀더는 스테인리스 등의 저열전도재료로 구성되어 있었다.

그러나, 최근에서는, 장치의 연속 가동 시간의 장시간화가 요구되고, 거기에 따라 수정 진동자가 복사열에 노출되는 시간도 길어지게 되어, 보다 강고한 열 보호가 필요하게 되어 있다.

또한, 열 대책으로서 수정 진동자 홀더를 냉각하면, 미사용시와 증착시와의 온도차에 의해 히트 쇼크(heat shock)라고 불리는 현상이 발생하여, 막 두께 측정에 악영향을 준다.

또한, 특허문헌 1은 수정 진동자 모니터를 펠티에 소자로 둘러싼다고 하는 수단으로 수정 진동자의 온도 상승을 방지한 것이지만, 구성이 복잡해진다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 장시간에 걸쳐 안정된 막 두께 측정이 가능해지고, 유기 EL 제조 장치의 연속 가동 시간을 연장할 수 있는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 가열된 도가니로부터의 증발 입자를 검출하는 수정 진동자와, 그 수정 진동자를 설치한 수정 진동자 홀더와, 그 수정 진동자 홀더를 덮는 금속제의 커버와, 그 커버와 열적으로 접속된 모니터 본체와, 그 모니터 본체에 설치된 냉각 부재를 구비하고, 상기 커버는 열원에 가까운 부분을 스테인리스강으로 하고, 상기 모니터 본체와 접촉하는 부분을 알루미늄 합금으로 한 것이다.

본 발명에 따르면, 장시간에 걸쳐 안정된 막 두께 측정이 가능해지고, 유기 EL 제조 장치의 연속 가동 시간을 연장할 수 있는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드를 제공할 수 있다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명백하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 증발원 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 관한 증발원 장치를 구비한 박막 형성 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 증발원 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 수정 진동자의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 막 두께 제어 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 막 두께 제어 장치의 일부 단면을 포함하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 관한 막 두께 제어 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 관한 막 두께 제어 장치의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 관한 막 두께 제어 장치의 부분 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

이하, 본 발명의 유기 EL 디바이스 제조 장치에 있어서의 실시 형태를 도 1 내지 도 7에서 설명한다.

유기 EL 디바이스 장치는 발광 재료층 외에, 정공 주입층이나 수송층, 전자 주입층이나 수송층, 또한 금속 재료 등 여러가지 재료가 박막으로 겹쳐진 다층 구조로 되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 증발원 장치의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 관한 증발원 장치를 구비한 박막 형성 장치의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 있어서, EL 재료의 증발원 장치(1)는 수평한 일 방향을 향해서 길게 신장된 하우징(2)(수냉 실드 박스)을 구비하고, 이 하우징(2) 내부에 EL 재료(3)를 수납한 도가니(4)가 화살표 방향으로부터 수납된다. 도가니(4)를 소정의 온도에서 가열하기 위한 가열 장치(5)(히터)는 도 2에 도시한 바와 같이 도가니(4)의 주위에 설치되어 있다.

도가니(4)의 전방면에는 가스 방출용 판(6)이 설치되어 있다. 이 가스 방출용 판(6)에는 복수의 가스 방출 구멍(6a)이 수평 방향으로 균일하게 형성되어 있다. 이 가스 방출 구멍(6a)은 양 단부에서의 간격 거리가 중앙부의 거리보다도 근접하도록 형성되어 있다.

도 2에 있어서, 점선으로 나타낸 진공 챔버(7)내에 증발원 장치(1)가 수납되어 있다. 이 진공 챔버(7)내에서는 유기 EL 디바이스를 제조하는 글래스판 등의 피 증착 기판(8)을 유지 장치(도시하지 않음)에 의해 직립시켜서 고정하고 있다. 증발원 장치(1)는 화살표로 나타낸 바와 같이, 피 증착 기판(8)에 대하여 상하 이동하게 되어 있다. 증발원 장치(1)는 상하 이동하면서 피 증착 기판(8)에 대하여 상기 가열 장치(5)에 의한 가열에 의해 가스 형상으로 된 유기 EL 재료(3)의 증발 입자(3a)를 가스 방출 구멍(6a)으로부터 분사하게 되어 있다. 이에 의해, 피 증착 기판(8)의 표면 상에 유기 EL 재료(3)의 증발 입자(3a)가 넓게 증착되게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 증발원 장치의 사시도이다. 또한, 도 3은 설명의 형편상 가스 방출판을 제거한 상태로 도시되어 있다.

도 3에 있어서, 상술한 바와 같이, 냉각 기구(도시하지 않음)를 구비한 하우징(2) 안에 도가니(4)가 설치되어 있다. 이 도가니(4)의 양 단부에는 막 두께 제어를 행하기 위한 수정 진동자를 구비한 막 두께 제어 장치(9)(막 두께 센서라고도 한다)가 설치되어 있다.

상술한 바와 같이, 가열 장치(5)로 소정 온도까지 가열된 도가니(4)로부터 분사되는 증발 입자(3a)에 의해 막 두께 제어 장치(9)는 항상 고온에 노출되게 된다.

여기서, 도가니(4)의 구성에 대해서 설명하면, 도가니(4)의 내부에는 증착하는 유기 EL 재료(3)를 갖고, 가열 장치(5)로 가열 제어함으로써 안정된 증착 레이트가 얻어 진다. 도가니(4)의 전방면에는 복수의 가스 방출 구멍(6a)이 배열되어 있고, 이 가스 방출 구멍(6a)으로부터 가열에 의해 증발된 증발 입자(3a)가 분사하는 구조로 되어 있다.

다음에 본 실시 형태에서 사용하는 막 두께 제어를 행하기 위한 수정 진동자를 갖는 막 두께 제어 장치의 구성을 도 4, 도 5, 도 6에서 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 관한 수정 진동자의 정면도이다.

도 4에 있어서, 원반 형상의 수정 진동자 홀더(10)상에 직경 약 20㎜의 수정 진동자(11)가 12개 링 형상으로 설치되어 있다. 수정 진동자 홀더(10)는 수정 진동자(11)를 전기적으로 제어하는 기구를 구비하고 있다. 수정 진동자(11)에 의한 막 두께 제어는, 수정 진동자(11)에 금속막이 부착되면 발진 주파수가 저하하는 것을 이용해서 피 증착 기판(8)에 부착된 금속막의 두께를 검출하는 것이다.

따라서, 상술한 바와 같이, 가열 장치(5)로 소정 온도까지 가열된 도가니(4)로부터 분사되는 증발 입자(3a)에 의해 수정 진동자(11)는 항상 고온에 노출되게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 관한 막 두께 제어 장치의 부분 단면을 포함하는 사시도이다.

도 5에 있어서, 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드를 구성하는 원형의 수정 진동자 홀더(10)는 회전 중심부가 낮아지도록 중심부를 향해서 경사(경사 각도 θ)져 있다. 이 경사면에 복수의 오목부(12)가 원주상에 균등한 거리의 간격으로 형성되어 있다. 이 오목부(12)의 내부에는 외형이 원반 형상인 수정 진동자(11)가 삽입된다. 본 실시예에서는 도 4에 도시한 바와 같이 12개의 수정 진동자(11)가 링 형상으로 설치되어 있다.

이 복수의 수정 진동자(11)의 상부로부터는 링 형상으로 원추형으로 오목한 면을 가진 개구부(13)를 갖는 가압판(14)이 설치된다. 수정 진동자(11)의 표면에는 전극(15)이 형성되어 있다. 또한, 수정 진동자 홀더(10)의 하부에는 한 쌍의 접촉식 전극판(16)을 통해서 헤더부의 외부에 전기적으로 유도되어 있다.

따라서, 상술한 바와 같이, 가열 장치(5)로 소정 온도까지 가열된 도가니(4)로부터 분사되는 증발 입자(3a)에 의해 가압판(14)을 통해서 수정 진동자(11)는 항상 고온에 노출되게 된다.

또한, 도시는 하지 않고 있지만, 수정 진동자 홀더(10)의 오목부(12)나 가압판(14)에는 예를 들어 판 스프링 등으로 이루어지는 전극이 설치되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 관한 막 두께 제어 장치의 부분 단면을 포함하는 사시도이다.

도 6에 있어서, 수정 진동자(11)가 설치된 수정 진동자 홀더(10)는 커버(17)로 덮어져 있다. 이 커버(17)는 수정 진동자(11)가 배치된 경사면과 일치하는 경사면을 갖고 있고, 이 경사면에 수정 진동자(11)의 직경과 일치하는 크기의 공급 구멍(18)이 설치되어 있다.

수정 진동자 홀더(10)의 중심부에는 회전 샤프트(20)가 설치되어 있다. 회전 샤프트(20)는 수정 진동자 홀더(10)의 하방에 있는 모니터 본체(22)를 관통하고 있다. 이 모니터 본체(22)에는 냉각 배관(23)이 열적으로 접속되어 있다. 이 냉각 배관(23)은 냉각수를 순환시키는, 소위 수냉 장치의 냉각 재킷이다.

따라서, 상술한 바와 같이, 가열 장치(5)로 소정 온도까지 가열된 도가니(4)로부터 분사되는 증발 입자(3a)에 의해 커버(17)와 가압판(14)을 통해서 수정 진동자(11)는 항상 고온에 노출되게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 관한 막 두께 제어 장치의 단면도이다.

도 7에 있어서, 수정 진동자(11)를 끼워 넣은 수정 진동자 홀더(10)는 커버(17)로 덮어져 있다. 이 커버(17)는 2종류의 금속으로 구성되어 있고, 상부가 스테인리스강(17a)으로 구성되고, 하부가 알루미늄 합금(17b)으로 구성된 것이다.

즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 커버(17)의 가장 고온에 노출되는 부분이 스테인리스강(17a)으로 되고, 이 스테인리스강(17a)과 연속해서 알루미늄 합금(17b)으로 되어 있다.

그 때문에, 열은 스테인리스강(17a)에 축적되고, 축적된 열은 서서히 알루미늄 합금(17b)으로 이동해서 확산될 수 있다. 한편, 알루미늄 합금(17b)은 수냉 배관(23)에 의해 냉각된 모니터 본체(22)와 접촉하고 있으므로 서서히 냉각된다. 이에 의해, 스테인리스강(17a)에 축적된 열은 알루미늄 합금(17b)을 통해서 제거됨으로써, 장시간에 걸쳐 수정 진동자를 열로부터 보호할 수 있는 것이다.

즉, 종래의 커버(17)가 스테인리스강만으로 형성되어 있었던 것을, 본 발명은 스테인리스강에 부분적인 알루미늄 합금의 에리어를 설치한 것이다. 이에 의해, 스테인리스강에서 어느 정도의 열을 축적시켜 두면서, 모니터 본체에 의한 수정 진동자의 과도한 냉각을 회피하는 의미로, 알루미늄 합금과 모니터 본체를 접촉시키고 있다. 즉, 알루미늄 합금의 에어리어에서 가능한 한 상온에 가까운 온도를 장시간 안정적으로 유지시켜서 냉각하도록 한 것이다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 열 실드와 수정 진동자 홀더를 저열전도재료인 스테인리스와 고열전도재료인 알루미늄 합금을 조합한 구조로 함으로써, 스테인리스강에 축적된 열을 알루미늄 합금을 통해서 제거하는 것에 의해, 장시간에 걸쳐 수정 진동자를 보호할 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 막 두께 제어 장치의 부분 단면도이다.

도 8에 있어서, 스테인리스강(17a)의 선단부에는 갈고리부(17c)가 설치되어 있다. 알루미늄 합금(17b)의 선단에는 스테인리스강(17a)의 갈고리부(17c)가 삽입되는 홈부(17d)가 설치되어 있다.

즉, 스테인리스강(17a)의 갈고리부(17c)가 알루미늄 합금(17b)의 홈부(17d)에 삽입됨으로써 재질이 다른 커버(17)를 일체적으로 형성할 수 있다. 또한, 본 실시예에 더욱 강도를 부가한다고 한다면, 도 8에 도시한 바와 같이 갈고리부(17c)와 홈부(17d)를 관통하는 나사(17e)를 설치해도 좋다.

도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 막 두께 제어 장치의 부분 단면도이다.

도 9에 있어서, 실시예 1에서는 커버(17)를 스테인리스강과 알루미늄 합금으로 형성했지만, 본 실시예에서는 수정 진동자 홀더(10)를 스테인리스강(10a)과 알루미늄 합금(10b)으로 구성한 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 일단 스테인리스강에 축적된 증발원 장치로부터의 열은 수냉 재킷에 의해 냉각된 모니터 본체와 접촉하는 알루미늄 합금을 통해서 간접적으로 제거된다. 따라서, 수정 진동자는 알루미늄 합금을 개재하고 있기 때문에, 상온에 가까운 온도에서 장시간에 걸쳐 보호되기 때문에, 과도한 냉각에 의한 온도차에 의한 히트 쇼크(heat shock)를 방지할 수 있다.

1 : 증발원 장치 2 : 하우징
3 : EL 재료 3a : 증발 입자
4 : 도가니 5 : 가열 장치
6 : 가스 방출용 판 6a : 가스 방출 구멍
7 : 진공 챔버 8 : 피 증착 기판
9 : 막 두께 제어 장치 10 : 수정 진동자 홀더
10a : 스테인리스강 10b : 알루미늄 합금
11 : 수정 진동자 12 : 오목부
13 : 개구부 14 : 가압판
15 : 전극 16 : 접촉식 전극
17 : 커버 17a : 스테인리스강
17b : 알루미늄 합금 17c : 갈고리부
17d : 홈부 17e : 나사
18 : 공급 구멍 20 : 회전 샤프트
22 : 모니터 본체 23 : 냉각 배관

Claims (5)

1. 가열된 도가니로부터의 증발 입자를 검출하는 수정 진동자와,
   그 수정 진동자를 설치한 수정 진동자 홀더와,
   그 수정 진동자 홀더를 덮는 금속제의 커버와,
   그 커버와 열적으로 접속된 모니터 본체와,
   그 모니터 본체에 설치된 냉각 부재
   를 구비하고,
   상기 커버는 열원에 가까운 부분을 스테인리스강으로 하고, 상기 모니터 본체와 접촉하는 부분을 알루미늄 합금으로 한 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커버는 스테인리스강과 알루미늄 합금의 일체 성형에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스테인리스강의 선단에 갈고리부를 설치하고, 상기 알루미늄 합금의 선단에 홈부를 형성하는 동시에, 상기 홈부에 상기 갈고리부를 삽입해서 상기 커버를 형성한 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스테인리스강과 상기 알루미늄 합금을 나사로 결합한 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드.
5. 제3항에 있어서,
   상기 수정 진동자 홀더를 상기 스테인리스강과 상기 알루미늄 합금의 2층 구조로 한 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드.

Images