KR20170066458A - 기상 증착법을 위한 층 두께 측정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents
기상 증착법을 위한 층 두께 측정을 위한 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기상 증착법에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 방법 및 측정 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 진동 플레이트(50, 52)를 구비하는 측정 헤드(30)와, 제1 단부(12a)에 의해 기상 증착법을 위해 진공 챔버(20)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합되는 것이 가능하고, 대향하는 제2 단부(12b)에 의해 상기 측정 헤드(30)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합되는 것이 가능한 추출 섹션(12)을 포함하고, 추출 섹션(12)은 적어도 하나의 가열부(16) 또는 적어도 하나의 냉각부(18)를 갖는다.
Description
본 발명은 기상 증착법에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 장치, 특히 측정 조립체, 및 층 두께 측정을 위한 각각의 방법에 관한 것이다.
증발 프로세스에 의한 또는 기상 증착법에 의한 기판의 코팅 절차가 조절되고 제어되게 하기 위해, 기판 상에 침전하는 증발 재료의 양 또는 체적 유량이 측정될 필요가 있다. 증발 프로세스 및 따라서 전체 코팅 프로세스는 이 유형의 측정에 의해 각각 충분히 모니터링되거나 제어될 수 있다.
몇몇 재료 및 요소에 있어서, 예를 들어 셀레늄에 있어서, 증발된 재료의 일부분이 증기 챔버로부터, 통상적으로 진공 챔버로부터 추출되어, 진동 플레이트로, 통상적으로 발진 결정으로 공급되는 것이 원리적으로 공지되어 있다. 진동 플레이트 상에 증착된 재료의 양은 진동 플레이트의 공진 주파수의 수정을 유도하고, 상기 수정은 전자식으로 검출 가능하다. 이 점에서, 공진 주파수의 시프트는 진동 플레이트 상에 축적하는 층의 질량 및 두께를 위한 척도이다. 이 점에서, 측정되어야 하는 증발된 재료의 체적 유량이, 이 유형의 진동 플레이트를 경유하여 진행중인 코팅 절차 중에 측정될 수 있다.
진동 플레이트는 진공 챔버로부터 이격되도록 배치되어야 한다. 상기 진동 플레이트는 통상적으로 추출 섹션을 경유하여 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 진공 챔버에 결합되어야 한다. 진공 챔버로부터 증기 제트를 추출할 때, 안정한 측정 신호를 위해 충분한 재료 증기의 양이 추출되는 것이 보장되어야 한다. 그러나, 추출된 증기 제트의 응축 온도가 추출 섹션을 가로질러 언더슛되는(undershot) 것이 발생할 수 있다. 추출 섹션의 종방향 범위를 가로질러, 이는 추출 섹션을 경유하여 전파되는 재료 증기의 부분이 응축되는 것을 유도할 수 있다. 물론, 이러한 바람직하지 않은 응축은 측정 신호의 왜곡을 유도한다.
더욱이, 통상적으로 석영 또는 다른 압전 결정의 형태의 공지의 진동 플레이트는, 재료의 연속적인 증착을 받게 될 때, 요구된 공진 범위에서 진동하는 이들의 능력을 점진적으로 손실한다는 것이 주목되어야 한다. 이 점에서, 이 유형의 진동 플레이트의 내용년수는 진동 플레이트 상에 축적하는 재료의 양에 매우 좌우된다.
공지의 측정 조립체의 내용년수를 연장하게 하기 위해 측정될 재료 증기와 순차적인 방식으로 충돌 가능한 복수의 진동 플레이트를 갖는 측정 설비가 공지되어 있다. 여기서 복수의 이러한 진동 플레이트는 통상적으로 터릿 측정 헤드의 회전 장착형 지지부 상에 배치된다. 지지부 상에 배치된 개별 진동 플레이트는 지지부를 회전시킴으로써, 각각 추출된 증기 제트 내에 순차적으로 유지되거나 또는 진공 챔버로부터 이격방향을 향하는 추출 섹션의 그 단부에 위치될 수 있다.
공지의 터릿 측정 헤드는 종종 부적절한 방식으로만 밀봉되어, 채용되기 전에 아직 사용되지 않은 진동 플레이트가 비의도적인 코팅을 받게 된다. 그 때문에, 측정 결과가 왜곡될 뿐만 아니라, 특히 진동 플레이트가 교환될 수 있을 때 측정의 재현성이 그 때문에 손상될 수 있다.
따라서, 본 발명은 기상 증착법에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 개량된 측정 조립체를 제공하는 목적에 기초한다. 이 점에서, 측정 조립체는 가능한 한 작으면서 여전히 안정하고 정상 상태인 진동 플레이트에 증기 또는 기체 재료 각각의 유입을 제공하도록 의도된다. 측정 조립체는 특히 정밀한 측정 결과를 공급하고 동시에 층 두께를 측정하기 위해 사용될 진동 플레이트의 비교적 긴 수명을 가능하게 하도록 의도된다.
따라서, 다른 목적은 증발 프로세스의 조절 및 제어를 궁극적으로 간단화하기 위해, 특히 진동 플레이트가 교체될 때 더 정확하고 더 재현 가능한 측정을 가능하게 하기 위해, 증기 제트 내에 아직 위치되지 않은 진동 플레이트의 임의의 비의도적인 코팅을 회피하거나 또는 가능한 한 많이 억제하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항 1에 따른 측정 조립체에 의해, 그리고 청구항 13에 따른 층 두께를 측정하기 위한 방법에 의해 성취된다. 본 명세서의 유리한 디자인 실시예가 각각의 경우에 종속 청구항의 주제이다.
이 점에서, 기상 증착법에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 측정 조립체가 제공된다. 측정 조립체는 통상적으로 발진 결정 플레이트 또는 압전 결정을 갖는 적어도 하나의 진동 플레이트를 구비하는 측정 헤드를 갖는다. 진동 플레이트는 전자 작동 또는 평가 유닛에 의해 결정되는 것이 가능한 공진 주파수를 갖고, 상기 공진 주파수는 측정될 재료가 진동 플레이트 상에 축적함에 따라 수정된다. 진동 플레이트에 접속되거나 결합되는 전자 제어기는 재료의 축적의 결과로서 진동 플레이트의 공진 주파수의 시프트를 정밀하게 측정하기 위해 고려된다. 진동 플레이트 상에 침전하는 층의 두께는 따라서 연계된 평가 전자 기기에 의해 결정되는 것이 가능하다.
측정 조립체는 추가로 제1 단부를 경유하여 진공 챔버에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 각각 결합되거나 또는 결합되는 것이 가능한 추출 섹션을 구비한다. 추출 섹션은 추가로 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖는다. 추출 섹션은 제2 단부를 경유하여, 측정 헤드에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합되는 것이 가능하고, 또는 상기 추출 섹션은 측정 헤드에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 각각 결합된다. 추출 섹션에 의해, 진공 챔버 내에서 증발되는 재료의 부분량이 진공 챔버의 외부의 영역으로 전달되는 것이 가능하고, 층 두께의 정밀한 측정이 상기 영역 내의 진공 챔버의 외부에서 수행되는 것이 가능하다.
추출 섹션은 더욱이 적어도 하나의 가열부 또는 적어도 하나의 냉각부를 갖는다. 이 점에서, 영역 또는 부분에서 추출 섹션은 타겟화된 방식으로 가열되거나 냉각되는 것이 가능하다. 추출 섹션을 경유하여 측정 헤드에 공급될 증기의 양은 가열기 및/또는 냉각기에 의해 정밀하게 조절되거나 제어될 수 있다. 이와 함께, 응축물의 형성은 한편으로는 추출 섹션의 영역에서 대부분 회피될 수 있다.
동시에, 진동 플레이트에 도달하는 증기의 양은 요구된 최대 크기로 감소될 수 있다. 추출 섹션을 경유하여 전파되는 증기의 조기 응축은 가열부에 의해 방해될 수 있다. 냉각부를 경유하여, 진동 플레이트의 수명 및 내용년수를 연장하기 위해 진동 플레이트에 도달하는 증기의 총량을 감소시키는 것이 원리적으로 가능하다.
사용 및 적용 목적에 따라, 그리고 추출 섹션의 특정 기하학적 디자인 실시예에 따라, 단지 하나의 가열부 또는 단지 하나의 냉각부만을 갖는 것이 추출 섹션에 대해 충분할 수 있다. 진동 플레이트에 공급되는 증기의 양은 원리적으로 적어도 부분에서 추출 섹션의 능동 가열에 의해 그리고 가열부에 의해 증가될 수 있다. 그에 대안적으로 또는 부가적으로, 증기의 양 또는 체적 유량이 각각 과도한 경우, 추출 섹션을 경유하여 안내되는 증기의 모니터링된 응축은 단지 증기의 감소된 체적 유량만이 진동 플레이트 자체에 도달하도록 진동 플레이트의 바로 상류측에서 감소될 수 있다.
추출 섹션은 적어도 하나의 가열부 뿐만 아니라 적어도 하나의 냉각부를 갖는 것이 특히 제공될 수 있다. 진공 챔버로부터 추출된 증기의 전파 및 유동 거동은 가열 및 냉각부의 조합에 의해 추출 섹션의 전체 길이를 가로질러 모니터링될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 그 제1 단부에 인접한 추출 섹션은 가열부를 갖는다. 그 때문에, 진공 챔버로부터 나오는 증기는 적어도 추출 섹션의 입구에서 응축을 받게 되지 않아, 진공 챔버로부터 추출되고 추출 섹션 내로 유동하는 거의 모든 증기가 추출 섹션을 경유하여 응축에 기인하는 임의의 손실 없이 완전히 진동 플레이트에 반송되는 것이 가능한 것이 성취될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 그 제2 단부에 인접한, 즉 측정 헤드에 대면하는 추출 섹션은 적어도 하나의 냉각부를 갖는다. 통상적으로 하류측에 배치된 냉각부에 의해, 추출 섹션을 가로질러 또는 통해 안내되는 증기의 양, 또는 대응 체적 유량이 각각 측정 헤드의 바로 앞에서 그리고 진동 플레이트에 충돌하기 직전에 요구된 최대 크기로 감소되는 것이 가능하다. 냉각부에 의해, 진동 플레이트에 도달하는 증기의 체적 유량은 진공 챔버로부터 추출되어 추출 섹션의 제1 단부 내로 도입되는 체적 유량의 분율로 감소되는 것이 가능하다. 증기의 양 또는 체적 유량 각각의 상기 감소는 진동 플레이트의 수명 및 내용년수의 연장에 기여한다.
추출 섹션은 유리하게는 가열부 뿐만 아니라 냉각부를 모두 구비한다. 본 명세서에의 가열부 및 냉각부는 추출 섹션의 종방향에서 서로 분리된다. 추출 섹션의 종방향에서 볼 때, 가열부 및 냉각부는 또한 서로 바로 인접하거나 전이할 수 있다. 측정 헤드에 지향하는 가열부의 단부는 유리하게는 진공 챔버에 지향하는 냉각부의 단부에 바로 인접한다.
이 점에서, 추출 섹션을 통해 전파하는 증기는 가열부의 영역에 또는 냉각부의 영역에 위치된다. 이 방식으로, 그 응축 거동의 견지에서 추출 섹션을 경유하여 유도되는 증기는 진공 챔버와 측정 헤드 사이의 전체 영역에서 모니터링될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 추출 섹션은 진공 챔버와 측정 헤드 사이로 연장하는 적어도 하나의 가스 전도 또는 증기 전도 튜브를 갖는다. 가열부의 영역 내의 튜브는 가열기에 의해 둘러싸인다. 가열기는 특히 추출 섹션의 증기 전도 튜브 외부로 연장하지만 유리하게는 증기 전도 튜브에 열적으로 결합되는 하나 또는 복수의 가열 코일을 갖는 전기 가열기일 수 있다. 이 방식으로, 증기 전도 튜브는 각각의 증기의 응축 온도를 초과하는 온도 레벨로 유지될 수 있다.
튜브의 내부벽 상의 튜브를 통해 유동하는 증기의 비의도적인 응축은 이 점에서 각각 최소로 감소되거나 또는 완전히 억제될 수 있다. 추출 섹션을 위한 그리고 증기 전도 튜브를 위한 임의의 잠재적인 세척 노력이 이 방식으로 감소될 수 있다. 추출 섹션 및 연계된 측정 조립체를 위한 유지 보수 간격이 유리하게 연장될 수 있다. 그 때문에, 이를 구비한 진공 코팅 설비의 효율이 더 증가될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 냉각부의 영역에서 추출 섹션은 능동적으로 냉각되는 것이 가능한 적어도 하나의 측벽부를 갖는 냉각 트랩을 갖는다. 냉각 트랩 또는 냉각 트랩에 의해 형성된 냉각부는 통상적으로 냉각 매체에 의해 살포되거나(perfused) 에워싸일 수 있어, 냉각 트랩 또는 냉각부가 각각 가열부의 것보다 상당히 더 낮은 온도 레벨로 냉각되는 것이 가능하게 된다. 추출 섹션을 경유하여 유도되는 증기의 미리 규정된 부분량은 냉각부 및 추출 섹션의 영역에서 응축하여, 추출 섹션의 제1 단부에 비교하여 미리 규정된 양만큼 감소되어 있는 증기의 체적 유량이 냉각부의 하류측에서 추출 섹션의 제2 단부에서 유출하게 된다.
냉각부 및 가열부는 서로 직접 인접하여, 가열부를 경유하여 냉각부 내로 유입하는 증기 유동이 급격한 냉각을 받게 되고 따라서 냉각부 또는 냉각 트랩 각각의 내부벽 상에 모니터링된 응축을 받게 되는 것이 제공될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 가스 또는 증기에 의해 살포 가능한 냉각부의 내부 단면이 가스 또는 증기에 의해 살포 가능한 가열부의 내부 단면보다 큰 것이 제공된다. 특히 하류측의, 즉 측정 헤드에 대면하고 진공 챔버로부터 이격방향을 향하는 가열부의 가스 전도 또는 증기 전도 튜브는 예를 들어 반경방향으로 연장된 튜브 내로 개방될 수 있는데, 이는 추출 섹션의 냉각부를 형성한다.
가열부의 내부 단면보다 큰 냉각부의 내부 단면 때문에, 냉각 트랩의 능동적으로 냉각된 측벽부의 내부면은 가열부에 비교하여 효과적으로 확대될 수 있다. 냉각부의 응축 용량은 유동 방향에서 냉각부의 길이에 관련하여, 각각 측벽부의 또는 냉각부의 전체 내부벽면의 이 유형의 확대에 의해 확장될 수 있다.
이 점에서, 그 내부벽 상의 냉각부는 냉각부의 냉각 특성이 예를 들어, 원래 증기 재료의 비교적 두꺼운 층의 축적에 의해 잠재적으로 손상되기 전에 비교적 대량의 응축 증기를 수용할 수 있다.
추출 섹션의 냉각부는 측정 헤드 내에 또는 상에 배치되는 진동 플레이트 자체의 임의의 냉각으로부터 포지티브하게(positively) 분리되어야 한다. 진동 플레이트는 통상적으로 증기 또는 가스 재료가 그 위에 응축되게 하기 위해 개별 방식으로 냉각된다. 추출 섹션의 냉각부는 측정 헤드의 그리고 그 위에 배치된 진동 플레이트의 유동에 관련하여 상류측에 있어, 추출 섹션을 경유하여 유동하는 증기의 체적 유량의 규정된 부분량이 냉각부의 영역에서 그리고 따라서 진동 플레이트의 상류측에서 응축하게 된다. 진동 플레이트 상에 축적하는 재료의 총량은 이 방식으로 미리 규정된 크기만큼 감소될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 추출 섹션의 냉각부 및 가열부는 추출 섹션의 종방향에서 서로 분리된다. 증기의 순차적인 열처리, 특히 증기의 최초 가열 또는 가온, 및 증기의 이후에 모니터링된 냉각 또는 응축은 냉각부 및 가열부의 비중첩 배열에 의해 성취될 수 있다.
냉각부 및 가열부, 따라서 냉각 트랩 및 가열기가 열적 견지에서 서로 절연되게 되어, 냉각부와 가열부 사이의 열 에너지의 교환이 효과적으로 억제되게 된다는 것이 더욱이 인식 가능하다. 가열로부터 냉각 트랩의 열적 결합해제는 냉각 트랩 및 가열의 각각의 효율의 정도를 향상시키는 역할을 한다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 가열부의 적어도 하나의 가열 출력이 조절되는 것이 가능하다. 그에 부가적으로 또는 대안적으로, 냉각부의 냉각 출력은 또한 조절되는 것이 가능하도록 설계될 수 있다. 추출 섹션의 영역에서 증기의 응축 및 유동 거동은 가열 출력 및/또는 냉각 출력을 조절함으로써, 따라서 최대 및/또는 최소 가열 또는 냉각 온도를 각각 조절함으로써 타겟화된 방식으로 모니터링되고 조절될 수 있다.
진공 챔버로부터 추출되는 거의 전체 증기량이 거의 무손실 방식으로 가열부를 통해 유동하고, 이 점에서 무손실 방식으로 가열부에 인접한 냉각부에 도달하는 것이 따라서 성취될 수 있다. 설정 냉각 출력 또는 냉각 온도에 의존하는 방식으로 냉각부의 영역에 도달하는 증기의 체적 유량은 이어서 진동 플레이트의 수명 및 내용년수를 연장하는 미리 규정된 크기로 감소될 수 있다.
더욱이, 측정 조립체의 내용년수를 가로질러 일정한 냉각 또는 가열 출력은 가열부 또는 냉각부 중 적어도 하나를 조절함으로써 유도될 수 있다. 추출 섹션을 경유하여 유동하는 재료 증기의 부분량이 측정 조립체의 진행중인 동작 중에 냉각 트랩의 내부벽 상에 침전할 때, 이는 냉각 특성, 특히 능동적으로 냉각되는 것이 가능한 냉각 트랩의 적어도 하나의 측벽부의 열전도도를 손상시킬 수 있다. 이 유형의 효과는 냉각 트랩의 조절 능력에 의해 상쇄될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 가열부는 추출 섹션의 전체 길이의 적어도 50% 내지 90%를 점유하는 것이 제공된다. 이에 따라, 냉각부가 추출 섹션의 전체 길이의 최대한 10% 내지 50%를 점유하는 것이 제공될 수 있다. 이 점에서, 가열부는 증기의 유동 방향에 관련하여 냉각부보다 상당히 더 길도록 설계될 수 있다. 가열부는 특히 추출 섹션을 통해 무손실 방식으로 증기를 전도하는 역할을 하고, 반면에 냉각부는 측정 헤드에 대면하는 가열부의 단부에서만 가스의 총 체적 유량의 규정된 감소를 제공한다.
추출 섹션을 가열부와 냉각부로 세분하는 것은 가열부 및/또는 냉각부의 기하학적 디자인 실시예에 대응하도록, 특히 가열부 및 냉각부의 내부 단면에 의존하도록 변동할 수 있다. 추출 섹션을 가열부와 냉각부로 세분하는 것은 더욱이 각각의 진행중인 프로세스에 그리고 기체 상태에 있는 재료에 의존할 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 측정 헤드는 회전 가능한 지지부 상에 배치되고 측정 헤드의 하우징 개구의 영역 내로 선택적으로 이동 가능한 적어도 2개 이상의 진동 플레이트를 갖는다. 측정 헤드는 특히 터릿 헤드로서 설계되어, 소비된 또는 사용된 진동 플레이트가 가스 유동으로부터 제거되게 되고 새로운 진동 플레이트가 미리 규정된 각도 범위에 대해 측정 헤드를 회전시킴으로써 가스 유동 내에 배치되는 것이 가능하게 된다.
지지부를 회전시킴으로써, 진동 플레이트는 측정 헤드의 하우징 개구의 영역 내로 연속적으로 유도되는 것이 가능하다. 본 명세서의 영향을 받는 하우징 개구는 추출 섹션의 제2 단부의 연장부에 배치된다. 진동 플레이트가 측정 헤드의 하우징 개구의 영역 내에 위치되자마자, 진동 플레이트는 추출 섹션을 경유하여 반송된 재료 증기와 충돌 가능하다.
진동 플레이트가 그 진동 특성을 손실하자마자, 예를 들어 재료의 과도한 축적을 경유하여, 지지부를 회전시킴으로써, 상기 진동 플레이트는 하우징 개구의 영역 외로 이동될 수 있고, 새로운 미소비된 진동 플레이트가 측정 헤드의 하우징 개구의 상기 영역 내로 유도될 수 있다. 이 유형의 터릿 측정 헤드에 의해, 진동 플레이트는 예를 들어, 코팅 절차의 진행중인 동작시에, 규정된 재현가능한 방식으로 변경될 수 있다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 밀봉 인서트가 측정 헤드의 하우징의 하우징 개구 내로 삽입되고, 하우징의 내부 내의 상기 밀봉 인서트는 지지부 상에 밀봉 방식으로 지지되게 되는 것이 가능하다. 측정 헤드의 하우징의 내부 내로의 증기 유동의 침입은 상기 밀봉 인서트에 의해 대부분 방지될 수 있다. 이 방식으로, 아직 사용되지 않고 측정 헤드의 하우징 개구의 영역의 외부에 배치된 진동 플레이트는 재료 증기의 조기 축적에 대해 효과적으로 보호될 수 있다.
특히, 측정 헤드의 하우징과 하우징 내부에 배치된 진동 플레이트 사이의 공간은 밀봉 인서트에 의해 대부분 충전된다. 하우징 상에 배치되는 밀봉 인서트는 더욱이 비교적 적은 동적 또는 정적 마찰을 가질 수 있어, 지지부가 측정 헤드의 하우징 내에서 가능한 한 적은 마찰을 갖고 회전 가능하게 장착되게 된다.
밀봉 인서트는, 단지 동작 위치에 있는 또는 하우징 개구의 영역에 각각 배치된 진동 플레이트만이 재료 증기와 충돌되고, 반면에 모든 다른 진동 플레이트가 유동 기술의 견지에서 밀봉 인서트를 경유하여 공급된 증기 유동으로부터 대부분 결합해제되어 분리되게 까지, 측정 헤드의 하우징 내로 돌출한다.
다른 디자인 실시예에 따르면, 본 발명은 기상 증착에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 전술된 측정 조립체의 의도된 사용에 따른 용례의 결과이다. 이 점에서, 층 두께를 측정하기 위한 방법의 구현은 전술된 측정 조립체를 사용하면서 수행된다.
여기서, 제1 단계에서, 증기 또는 가스 매체가 진공 챔버로부터 추출되고, 이에 의해 추출된 증기 또는 가스 매체가 추출 섹션 내로 유도되는 것이 제공된다. 추출 섹션은 적어도 부분에서 능동적으로 가열되거나 능동적으로 냉각된다. 특히, 추출 섹션의 제1 부분이 가열되고 종방향에서 그에 인접한 추출 섹션의 부분은 능동적으로 냉각되는 것이 제공될 수 있다.
다른 단계에서, 기상 증착 레이트는 진공 챔버로부터 이격방향을 향하는 추출 섹션의 제2 단부에서 최종적으로 측정된다. 진동 플레이트의 진동 거동의 수정이 특히 측정되고, 이는 진동 플레이트 상에 축적하는 층의 증착 레이트 또는 두께의 각각의 척도이다. 진동 플레이트 상에 축적하는 층의 두께는 상기 기판이 코팅 절차를 받게 되는 동안 진공 챔버 내에 배치된 기판 상의 층 두께의 직접적인 척도이다.
추출 섹션을 경유하여 안내될 재료 증기의 조기 응축은 적어도 영역에서 추출 섹션을 능동적으로 가열함으로써 방해될 수 있다. 특히 추출 섹션의 가열 가능한 부분의 하류측이지만 그 위에 배치된 진동 플레이트를 갖는 측정 헤드의 상류측의 부분 내의 추출 섹션의 냉각은 진동 플레이트 상의 기상 증착 레이트의 유리한 감소를 가능하게 한다.
진동 플레이트 상에 축적하는 층의 표준화 또는 스케일링은 냉각 트랩의 냉각 또는 냉각 트랩의 특정 구성에 각각 대응하는 방식으로 수행될 수 있다. 진동 플레이트 상에 실제로 축적하는 층의 두께는 진공 챔버 내의 기판 상에 축적하는 층의 분율일 수 있다. 진동 플레이트 상에서 측정 가능한 층 두께를 진공 챔버 내에 위치된 기판 상의 실제 층 두께에 상관하는 스케일링 또는 캘리브레이팅 인자는 냉각 트랩의 또는 추출 섹션의 냉각 섹션의 동작 모드 및 구성에 각각 대응하는 방식으로 변동할 수 있다.
기판 상에 실제로 존재하는 층의 두께에 속하는 결론은 진동 플레이트 상에 축적하고 진동 플레이트에 의해 측정 가능한 층의 두께로부터 미리 수행된 캘리브레이팅 또는 스케일링에 대응하는 방식으로 도출될 수 있다.
층 두께를 측정하기 위한 방법은 실질적으로 전술된 측정 조립체의 순서적인 동작에 관련하기 때문에, 측정 조립체의 맥락에서 설명되어 있는 모든 특징, 효과, 및 장점은 또한 층 두께를 측정하기 위한 방법에 동일한 방식으로 적용되고, 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 유리한 디자인 실시예가 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 설명에서 설명될 것이다. 도면에서:
도 1은 제1 단면에서 측정 조립체의 개략도를 도시하고 있다.
도 2는 제2 단면에서 측정 조립체의 다른 개략도를 도시하고 있다.
도 3은 추출 섹션의 제2 단부의 확대도를 도시하고 있다.
도 4는 추출 섹션과 측정 헤드 사이의 전이 영역의 다른 확대도를 도시하고 있다.
도 1은 제1 단면에서 측정 조립체의 개략도를 도시하고 있다.
도 2는 제2 단면에서 측정 조립체의 다른 개략도를 도시하고 있다.
도 3은 추출 섹션의 제2 단부의 확대도를 도시하고 있다.
도 4는 추출 섹션과 측정 헤드 사이의 전이 영역의 다른 확대도를 도시하고 있다.
기상 증착에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 측정 조립체(10)가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 측정 조립체(10)는 통상적으로 도포될 기판(24)이 배치되는 진공 챔버(20)에 결합된다. 진공 챔버(20) 내에서, 기판은 표면 처리 프로세스, 예를 들어 코팅 절차를 받게 된다. 코팅법은 대부분의 다양한 코팅법, 통상적으로 물리적 또는 화학적 기상 증착법을 포함할 수 있다. 진공 챔버(20)는 예를 들어, 디스플레이에서의 용례를 위한 또는 태양 전지를 위한 코팅 기판을 위해 고려된다.
진공 챔버(20)는 특히 코팅 프로세스를 위해 제공된 플라즈마를 발생하기 위해 구성될 수 있다. 이 점에서, 진공 챔버(20)는 또한 플라즈마-촉진된(plasma facilitated) 코팅법을 위해 적합하다. 진공 챔버(20)는 예를 들어, 셀레늄으로 기판(24)을 코팅하기 위해 구성된다. 측정 조립체는 특히 기판(24) 상의 또는 기판(24)에 미리 도포되어 있는 다른 층 상의 셀레늄 층의 층 두께를 측정하기 위한 역할을 할 수 있다.
측정 조립체(10)는 진공 챔버(20)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 각각 결합되는 것이 가능하거나 또는 결합되는 추출 섹션(12)을 갖는다. 추출 섹션(12)은 제1 단부(12a)를 경유하여 진공 챔버(20)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합된다. 더욱이, 추출 섹션(12)은 진공 챔버(20)로부터 이격방향을 향하는 그 단부(12b)를 경유하여, 즉 제2 단부(12b)를 경유하여, 측정 헤드(30)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합되는 것이 가능하다. 본 예시적인 실시예에서, 추출 섹션은 측정 헤드(30)에 영구적으로 결합된다. 도 3 및 도 4를 참조하여 이하에 또한 설명되는 바와 같이, 측정 헤드는 적어도 하나의 진동 플레이트(50, 52)를 갖고, 진동 플레이트의 공진 또는 진동 거동은 전기적으로 측정 가능하고, 상기 공진 또는 진동 거동은 재료의 축적의 결과로서 측정 가능한 방식으로 수정되어 있다.
진동 플레이트(50, 52)는 통상적으로 냉각되어 진동 플레이트(50, 52)에 공급되는 증기 유동이 응축을 받게 되어, 그 결과로서 증기 또는 가스 재료가 진동 플레이트 상에 축적하고 따라서 측정 가능한 방식으로 진동 플레이트의 진동 거동을 수정한다.
진공 챔버(20) 내에 발생되는 재료 증기의 일부는 추출 섹션(12)에 의해 챔버(20)로부터 전환되는 것이 가능하다. 챔버 내의 각각의 증기 재료의 일정한 침전 또는 일정한 응축은 상기 챔버 내에 지배적인 열적 조건에 의해 구현 가능하지 않을 것이다. 추출 섹션(12)에 의한 증기 또는 가스 재료는, 진공 챔버(20)로부터 이격되어 있고 층 두께를 측정하기 위해 적합한 열적 조건 및 각각의 압력 조건이 진공 챔버(20) 내에서 자체로 발생하는 코팅 절차에 악영향을 미치지 않고 생성될 수 있는 영역 내로 반송될 수 있다.
그 제1 단부(12a) 상의 또는 제1 단부에 인접한 추출 섹션(12)은 도 2에 도시된 가열기(26)에 의해 제공되는 가열부(16)를 갖는다. 특히, 추출 섹션(12)은 진공 챔버(20)로부터 측정 헤드(30)까지 연장하는 증기 전도 튜브(14)를 갖는다. 가열부(16)의 영역 내의 튜브(14)는 가열기(26)에 의해 둘러싸인다. 가열기(26)는 미리 규정된 간격으로 튜브(14) 둘레로 자체로 나선형으로 권취되는 개별 열 나선(heat helix)을 가질 수 있다.
가열기(26) 또는 그 가열 나선은 각각 튜브(14)를 포위하는 슬리브(25)의 내측부에 현재 배치되어 있다. 튜브(14)는 가열기(26)에 의해 미리 규정된 온도 레벨로 유지될 수 있어, 튜브 내에 안내되는 증기 재료의 조기 응축이 방지되게 된다.
추출 섹션(12)은 더욱이 추출 섹션(12)의 제2 단부(12b)에 위치된 냉각부(18)를 갖는다. 냉각부(18)는 가열부(16)에 직접 인접할 수 있다. 그러나, 상기 냉각부(18)는 또한 가열부로부터 분리되도록 또는 가열부(18)로부터 열적으로 결합해제되도록 설계될 수 있다. 냉각부(16)는 특히 냉각 트랩(28)으로서 설계되고, 전용 냉각기(29)를 구비한다. 특히, 냉각기(29)는 냉각부(18)의 적어도 하나의 측벽(27)에 캐비티 구조체를 가질 수 있다. 상기 캐비티 구조체는 냉각 매체에 의해 충돌될 수 있고, 이에 따라 예를 들어 미리 규정된 온도 레벨에 있는 냉각 매체에 의해 살포될 수 있다.
추출 섹션(12)과 측정 헤드(30) 사이의 유동 기술적 결합을 위한 커넥터 포트(22)가 진공 챔버(20)로부터 이격방향을 향하는 냉각부(18)의 단부 상에 제공된다. 더욱이, 냉각 또는 냉동 수단을 위한 유입부(18a) 및 유출부(18b)가 도 1 및 도 2에 따른 예시에 도시되어 있다. 실온 또는 실온 미만의 물이 예를 들어, 적합한 냉각 또는 냉동 수단으로서 고려될 수 있다. 냉각부(18), 가열부(16), 및 유입부(18a) 및 유출부(18b)는 종방향에서 서로 이격되어 있는 플랜지 플레이트(21, 23)에 의해 기계적으로 상호연결된다.
추출 섹션(12)의 하류측 단부에 제공되어 있는 냉각 트랩(28)은 내부 단면(QK)을 갖고, 이러한 내부 단면은 QK의 상류측에 있는 가열부(16)의 내부 단면(QH)보다 크다는 것이 도 1 및 도 2에 의해 명백하게 식별될 수 있다. 추출 섹션(12)의 길이에 관련하여, 냉각부(18)는 가열부(16)의 것보다 큰 내부벽면을 제공하고, 따라서 단위 길이당 비교적 높은 냉각 출력을 제공할 수 있다. 가열부(16)의 것에 비교할 때 냉각부(18)의 단위 길이당 확대된 내부면을 경유하여, 냉각부(18)의 응축에 의해 약해지지 않는 또는 거의 손상되지 않는 냉각이 상기 부분의 내부벽 상의 응축 설정의 경우에도 수행될 수 있다.
하류측에 배치된 가열부(16)와 냉각부의 조합은, 추출 섹션(12)을 따른 응축물의 형성이 가열부에 의해 상당히 억제되고, 진공 챔버(20)로부터 추출된 거의 모든 증기가 따라서 진공 챔버(20)로부터 이격방향을 향하는 가열부(16)의 그 단부에 반송될 수 있다는 점에서 유리하다. 각각 모니터링되는 또는 조절되는 것이 가능한 공급된 재료 증기의 응축은 진동 플레이트(50, 52) 상의 응축물의 총량이 최소로 감소되게 하기 위해, 증기가 냉각부(18) 내에 도달함에 따라 거기서 발생할 수 있다.
정상 상태 및 비중단된 증기 유동은 가열부(16)에 의해 진동 플레이트(50, 52)의 영역 내로 안내될 수 있다. 진동 플레이트(50, 52) 상의 증기 매체의 총량 또는 응축 레이트는 냉각부(18) 및 냉각기(29)를 구비한 냉각 트랩(28)에 의해 최소로 감소될 수 있다. 이 방식으로, 진동 플레이트(50, 52)의 수명 및 내용년수가 유리하게 연장될 수 있다.
가열부(16)의 길이는 통상적으로 종방향에서 가열부에 인접해 있는 냉각부(18)의 길이보다 크다. 가열부(16)는 통상적으로 냉각부(18)의 길이의 적어도 2배, 3배, 또는 4배이다. 가열부(16) 및 냉각부(18)의 특정 기하학적 디자인 실시예 및 치수설정이 진공 챔버(20) 내의 각각의 프로세스에 뿐만 아니라 측정될 재료에 적응될 수 있다. 특히, 기판(24) 상의 셀레늄 층의 층 두께는 본 명세서에 설명된 측정 조립체(10)에 의해 측정될 수 있다.
도 3에 따른 디자인 실시예에서, 증기 전도 튜브(14)는, 진공 챔버(20)로부터 측정 헤드(30)까지 직접 연장하고 가열부(16)의 영역에서 그리고 냉각부(18)의 영역에서 각각의 경우에 동일한 관형 기하학 형상을 갖는 단일 튜브로서 도시되어 있다. 그러나, 냉각부(18)의 영역에서 튜브(14)는 냉각되고, 반면에 가열부(16)의 영역에서 상기 튜브(14)는 각각 가온되거나 가열된다.
대조적으로, 도 1 및 도 2에 따른 대안적인 디자인 실시예는 2개의 부분의 증기 전도 추출 섹션(12)의 디자인 실시예를 제공한다. 거기서, 가열부(16)의 하류측 단부에서 증기 전도 튜브(14)는 반경방향으로 연장된 냉각부(18)로 전이한다.
측정 헤드의 측면에서의 단부에서 각각 튜브(14), 또는 튜브에 의해 형성된 추출 섹션(12)은 도 4의 확대도로부터 유도될 수 있는 바와 같이, 거의 개방되도록 설계된다. 추출 섹션(12)의 출구, 또는 추출 섹션(12)의 제2 단부(12b)는 각각 측정 헤드의 하우징(34)의 하우징 개구(36)와 대략 정렬되도록 배치된다. 그 하우징(34)의 내부 내의 측정 헤드(30)는, 다양한 별개의 위치 사이에서 회전축(33)에 관련하여 각각 회전 가능한 또는 조정 가능한 회전 가능하게 장착된 지지부(32)를 갖는다.
도 3 및 도 4에 도시된 위치에서, 지지부(32)는 지지부(32) 상에 배치된 진동 플레이트(50)가 하우징 개구(36)와 대략 정렬하도록 놓이게 되는 이러한 방식으로 하우징(34) 내에 정렬된다. 각각의 진동 플레이트(50)는 따라서 추출 섹션(12)을 경유하여 공급된 재료 증기에 노출된다. 예를 들어, 석영 플레이트로서 구성된 진동 플레이트(50)는 진동을 수행하도록 여기될 수 있고, 진동의 주파수는 미리 증기 응축된 재료가 축적됨에 따라 측정 가능하게 수정된다.
도 3에 따른 도면에서 하우징 개구(36)의 외부에 있는 하우징(34)의 내부의 영역에 놓이게 되는 적어도 하나의 다른 진동 플레이트(52)가 지지부(32) 상에 배치된다.
하우징 개구(36)는 더욱이 인서트(40)를 구비하고, 상기 인서트는 밀봉 인서트로서 기능한다. 밀봉 인서트는 도 4에 도시된 장착 위치에서 하우징 개구(36)의 주연부 상의 외부로부터 지지되는 외향으로 돌출하는 플랜지부(42)를 갖는다.
밀봉 인서트(40)는 더욱이 하우징 개구(36) 내로 돌출하는 포트(44)를 구비한다. 포트(44)는 하우징(34) 내로 돌출하는 그 자유 단부를 경유하여 예를 들어, 밀봉 디스크로서 구성되는 밀봉부(46) 상에 지지되게 되고, 하우징(34)의 내측부 상에 배치된다. 밀봉 인서트(40) 및 밀봉부(46)는 하우징 개구(36) 외부에 그리고 하우징(34)의 내부에 배치되는 진동 플레이트(52)가 하우징(34) 내로 침입하는 재료 증기에 대해 대부분 보호되도록 기밀 또는 액밀 방식으로 서로 지지되게 되는 것이 가능하다.
밀봉부(46) 또는 환형 밀봉부는 각각 통상적으로 밀봉부(46)와 밀봉 인서트(40) 사이의 밀봉 배열이 비교적 간단한 방식으로 그리고 저마찰로 성취될 수 있도록 포지티브 마찰 특성을 갖는 재료를 구비한다. 측정 헤드(30)의 하우징(34)과 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 지지부(32) 사이의 간극 내의 밀봉부(46)의 제공은 더욱이 하우징(34)의 내부 내의 재료 증기의 임의의 산포를 상당히 억제할 수 있다. 동작 위치에 있지 않은 진동 플레이트(52)는 따라서 재료 증기의 조기 응축에 대해 대부분 보호될 수 있다.
하우징(34), 지지부(32), 및 측정 헤드(30)는 통상적으로 내열성 및 내산성 재료로부터, 예를 들어 대응 등급의 강으로부터 제조된다. 밀봉부(46)는 예를 들어, 열분해성 붕소 니트라이드(PBM) 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로부터 제조될 수 있다.
이 유형의 저항을 갖고 유리하게는 하우징(34), 지지부(32)에 대해, 하우징의 측면에서 밀봉 인서트(40) 및 밀봉부(46)에 대해 낮은 마찰을 갖는 재료의 사용은 하우징(34)에 대해 지지부(32)를 회전시킴으로써 진동 플레이트(50, 52)의 자유 이동 교체를 가능하게 한다. 더욱이, 측정 조립체(10)의 상기 재료는 높은 수명 및 내용년수를 부여한다.
도 4의 동작 위치에 있는 진동 플레이트(40)가 상기 진동 플레이트(40)가 그 진동 특성을 손실하는 이러한 방식으로 응축된 재료가 존재되어야 하면, 다른 새로운 진동 플레이트(52)는 하우징(34)에 관련하여 지지부(32)를 간단히 회전시킴으로써 하우징 개구(36) 상의 동작 위치로 이동될 수 있다.
10: 측정 조립체
12: 추출 섹션
12a: 단부 12b: 단부
14: 튜브 16: 가열부
18: 냉각부 18a: 유입부
18b: 유출부 20: 진공 챔버
21: 플랜지 플레이트 22: 커넥터 포트
23: 플랜지 플레이트 24: 기판
26: 가열기 27: 측벽부
28: 냉각 트랩 29: 냉각기
30: 측정 헤드 32: 지지부
33: 회전축 34: 하우징
36: 하우징 개구 40: 인서트
42: 플랜지부 44: 포트
46: 밀봉부 50: 진동 플레이트
52: 진동 플레이트
12a: 단부 12b: 단부
14: 튜브 16: 가열부
18: 냉각부 18a: 유입부
18b: 유출부 20: 진공 챔버
21: 플랜지 플레이트 22: 커넥터 포트
23: 플랜지 플레이트 24: 기판
26: 가열기 27: 측벽부
28: 냉각 트랩 29: 냉각기
30: 측정 헤드 32: 지지부
33: 회전축 34: 하우징
36: 하우징 개구 40: 인서트
42: 플랜지부 44: 포트
46: 밀봉부 50: 진동 플레이트
52: 진동 플레이트
Claims (13)
- 기상 증착법에 의해 기판에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 측정 조립체이며, 상기 측정 조립체는,
- 적어도 하나의 진동 플레이트(50, 52)를 구비하는 측정 헤드(30)와,
- 제1 단부(12a)를 경유하여 기상 증착법을 위해 진공 챔버(20)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합되는 것이 가능하고, 대향하는 제2 단부(12b)를 경유하여 상기 측정 헤드(30)에 가스 전도 또는 증기 전도 방식으로 결합되는 것이 가능한 추출 섹션(12)을 포함하고,
상기 추출 섹션(12)은 적어도 하나의 가열부(16) 또는 적어도 하나의 냉각부(18)를 갖는, 측정 조립체. - 제1항에 있어서, 상기 제1 단부(12a)에 인접한 추출 섹션(12)은 가열부(16)를 갖는, 측정 조립체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 단부(12b)에 인접한 추출 섹션(12)은 냉각부(18)를 갖는, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출 섹션(12)은, 상기 진공 챔버(20)와 상기 측정 헤드(30) 사이에서 연장하고 상기 가열부(16)의 영역에서 가열기(26)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 가스 전도 또는 증기 전도 튜브(14)를 갖는, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출 섹션(12)은 상기 냉각부(18)의 영역에서, 능동적으로 냉각되는 것이 가능한 적어도 하나의 측벽부(27)를 갖는 냉각 트랩(28)을 갖는, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 또는 증기에 의해 살포 가능한 상기 냉각부(18)의 내부 단면(QK)은 가스 또는 증기에 의해 살포 가능한 상기 가열부(16)의 내부 단면(QH)보다 큰, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각부(18) 및 상기 가열부(16)는 상기 추출 섹션(12)의 종방향에서 서로 분리되는, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열부의 적어도 하나의 가열 출력부 또는 상기 냉각부(18)의 적어도 하나의 냉각 출력부는 조절되는 것이 가능한, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열부(16)는 상기 추출 섹션(12)의 전체 길이의 적어도 50% 내지 90%를 점유하는, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각부는 상기 추출 섹션(12)의 전체 길이의 최대한 10% 내지 50%를 점유하는, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 헤드(30)는, 회전 가능한 지지부(32) 상에 배치되며 상기 측정 헤드(30)의 하우징 개구(36)의 영역 내로 선택적으로 이동 가능한 적어도 2개의 진동 플레이트(50, 52)를 갖고, 상기 하우징 개구(36)는 상기 추출 섹션(12)의 제2 단부(12b)의 연장부 내에 배치되는, 측정 조립체.
- 제11항에 있어서, 밀봉 인서트(40)가 상기 측정 헤드(30)의 하우징(34)의 하우징 개구(36) 내에 삽입되고, 상기 하우징(34)의 내부에서 상기 지지부(32) 상에 밀봉 방식으로 지지되게 되는 것이 가능한, 측정 조립체.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 측정 조립체를 사용하여, 기상 증착법에 의해 기판(24)에 도포되는 것이 가능한 층의 층 두께를 측정하기 위한 방법이며, 상기 방법은,
- 진공 챔버(20)로부터 재료 증기를 추출하여 추출된 증기를 추출 섹션(12) 내로 유도하는 단계와,
- 상기 추출 섹션(12)의 적어도 하나의 가열부 또는 냉각부(16, 18)를 능동적으로 가열 또는 냉각하는 단계와,
- 적어도 하나의 진동 플레이트(50, 52)에 의해 상기 진공 챔버(20)로부터 이격방향을 향하는 상기 추출 섹션(12)의 단부(12b) 상의 기상 증착 레이트를 측정하는 단계
를 포함하는, 층 두께를 측정하기 위한 방법.
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