WO2018151376A1 - 막 두께 측정 장치 - Google Patents

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WO2018151376A1
WO2018151376A1 PCT/KR2017/004724 KR2017004724W WO2018151376A1 WO 2018151376 A1 WO2018151376 A1 WO 2018151376A1 KR 2017004724 W KR2017004724 W KR 2017004724W WO 2018151376 A1 WO2018151376 A1 WO 2018151376A1
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opening
crystal oscillator
cover
film thickness
heating source
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PCT/KR2017/004724
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서인용
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서인용
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    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
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    • C23C2/52—Controlling or regulating the coating processes with means for measuring or sensing
    • G—PHYSICS
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    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a film thickness measuring apparatus, and more particularly, to a film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a film installed in a deposition apparatus and deposited on a sample in a vacuum chamber.
  • Crystal oscillator sensors are widely used in deposition equipment for forming thin films.
  • the crystal oscillator sensor is a key component for measuring and controlling the thickness of the thin film formed on the sample in the vacuum chamber of the deposition equipment.
  • the commercial crystal oscillator sensor is set to continuously shake about 60,000 times per second (6 MHz), and is configured to measure the film thickness by measuring the resonance frequency change according to the mass change of the thin film formed on the crystal oscillator.
  • the crystal oscillator sensor In order to commercially use the crystal oscillator sensor, it must be able to be used for a long time, it should not cause problems even in the long-term use, and it is required to have the characteristics of increasing the space utilization by reducing the volume.
  • most crystal oscillator sensors are used by installing multiple crystal oscillators in a single sensor device for long-term use. During the deposition process, a crystal oscillator that has reached the end of its life is used in sequence.
  • a blocking device called a chopper may be used to control the amount of deposition material introduced onto the sensor.
  • the present invention was derived to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to extend the life of the crystal oscillator by constructing the crystal oscillator sensor to be reused, thereby replacing, part of the crystal oscillator sensor It is to provide a film thickness measuring apparatus that can reduce the maintenance cost of the crystal oscillator sensor by eliminating the installation work.
  • Another object of the present invention is to provide a film thickness measuring apparatus having a small volume in the form of a module, thereby increasing the space utilization in the vacuum chamber of the deposition equipment.
  • a film thickness measuring apparatus includes: a cooling plate coupled to a cooling water flow channel; A crystal oscillator disposed on one surface of the cooling plate; A sensor electrode coupled to the crystal oscillator; A cover having an opening surrounding the crystal vibrator on the cooling plate and exposing the crystal vibrator to the outside; And a heating source applying heat to one surface of the crystal vibrator facing the opening from the inside of the cover.
  • the heating source may melt and remove the deposition material attached to one surface of the quartz crystal oscillator during operation of the quartz crystal oscillator.
  • the heating source may include a radiant heating source for generating radiant heat or a conductive heating source for generating conductive heat to the deposition material.
  • the film thickness measuring apparatus may further include a drain opening disposed at the lower end of the cover to discharge the deposition material.
  • the film thickness measuring apparatus may further include a blocking device for controlling the opening and closing of the opening or the opening of the opening outside the cover.
  • the blocking device includes a disk having a through opening corresponding to the opening, and adjusting the opening or closing of the opening according to the rotation angle; A feedthrough supported by the cooling plate and coupled to the disk; A sensor for detecting a rotation angle of the feedthrough; And a motor coupled to the feedthrough.
  • the crystal oscillator may comprise a first crystal oscillator and a second crystal oscillator.
  • the film thickness measuring device adjusts the opening or closing degree of the opening of the first cover and the second cover outside the first cover covering the first quartz crystal vibrator and the second cover covering the second quartz crystal vibrator. It may further include a blocking device.
  • the film thickness measuring apparatus may further include a shielding plate for blocking the through opening of the blocking device corresponding to the opening of the second cover.
  • the film thickness measuring apparatus may not include a shielding plate corresponding to the opening of the first cover.
  • a film thickness measuring apparatus including: a crystal oscillator disposed on one surface of a plate; A sensor electrode coupled to the crystal oscillator; A cover having an opening surrounding said crystal oscillator on said plate and exposing said crystal oscillator to the outside; And a heating source for heating heat to one surface of the crystal oscillator facing the opening inside the cover, wherein the heating source heats the deposition material attached to one surface of the crystal oscillator during operation off of the crystal oscillator. Can be done.
  • the plate may form one surface of a housing for receiving a wire for drawing the power terminal connected to the sensor electrode and the heating source to the outside.
  • the present invention by controlling the amount of the material (deposition material) attached to the crystal oscillator can be effectively removed before and after the deposition process to prepare the crystal oscillator sensor can be reused, thereby progressing the process There is an advantage that can reduce the maintenance time.
  • the present invention it is possible to extend the life of the device compared to the existing crystal oscillator sensor having a larger number of crystal oscillators (eg, 10 or more) than the present embodiment while using one or two crystal oscillators.
  • the deposition material can be effectively removed while maintaining the reliability of the film thickness measurement, thereby providing an efficient reuse method of the crystal oscillator.
  • FIG. 1 is a perspective view of a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view for explaining the principle of operation of the sensor device of the film thickness measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a blocking device of the film thickness measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a schematic plan view for describing the blocking device of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a blocking device and a shielding plate that may be employed in the film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view for explaining a heating source that can be employed in the film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 10 are exemplary views of a deposition apparatus, a sputtering apparatus, or a film deposition apparatus to which the film thickness measuring apparatus according to the present embodiments may be applied.
  • first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a perspective view of a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the film thickness measuring apparatus includes a housing 100 having an inner space, a sensor device 200 installed in combination with the housing 100, and measuring a film thickness on a sample in a vacuum chamber. And a blocking device 300 for controlling the amount of the deposition material or the deposition material to be deposited.
  • One side of the housing 100 may be provided with a flange 400 for forming a passage for connecting the tubes and wires of the sensor device 200 and the blocking device 300 with an external or external device in the internal space.
  • the external device may be disposed outside the vacuum chamber.
  • the housing 100 may be fixed to the inner wall or the mechanism in the vacuum chamber and may be configured to block the influence of the vacuum atmosphere.
  • the housing 100 may be configured in an airtight form to block the atmosphere inside and outside.
  • the housing 100 may be fixed through a fixing device in the vacuum chamber.
  • the sensor device 200 may be coupled to one surface of the housing 100, and a wire connected to a power terminal of the sensor device 200 may pass through one surface of the housing and be connected to the outside from inside the housing.
  • some components of the blocking device 300 may be accommodated in the internal space of the housing 100, and may be installed such that a power line or a data line extends from the internal space to the outside of the housing.
  • the sensor device 200 is exposed to a deposition source on one surface of the housing 100 which is located or exposed in the deposition equipment, and a crystal oscillator for measuring the thickness of the deposition film, and the crystal oscillator is installed on one surface thereof and coupled with a cooling channel. And a cover having a cooling plate, a heating source for removing deposition material on the crystal oscillator, and an opening for receiving the cooling plate, the crystal oscillator and the heating source and exposing the crystal oscillator to the outside of the sensor device.
  • Crystal vibrators can be installed in single or several units to increase space utilization.
  • the crystal oscillator may be configured in a detachable form for maintenance of a film thickness measuring device or crystal oscillator sensor during the deposition, sputtering, or deposition process.
  • the heating source can be installed using a radiant heating source.
  • the radiant heating source may include a heating element of a resistance heating method.
  • the heating body may be thermally connected to the heating source power supply terminal.
  • the blocking device 300 may be installed such that only deposition material in a desired direction is introduced into the sensor device 200 or selectively blocks inflow of the deposition material in the vacuum chamber.
  • the blocking device 300 may include a disk covering the opening of the cover of the sensor device 200 and a through opening 305 installed in the disk.
  • the disc may be provided in a removable form for effective maintenance during the deposition, sputter or deposition process.
  • the blocking device 300 may rotate the disk to open, close, or open the opening of the cover of the sensor device 200 at a predetermined rate, thereby adjusting the exposure amount of the deposition source to the crystal oscillator. Components of the blocking device 300 are also described in detail below.
  • the amount of deposition material is reduced through the blocking device 300 to increase the real-time use time of the crystal oscillator, and when the deposition process is not performed, a heating source is used.
  • the film thickness sensor can be reused without replacing the crystal oscillator.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view for explaining the principle of operation of the sensor device of the film thickness measuring apparatus of FIG. 1.
  • the sensor device of the film thickness measuring apparatus includes a crystal oscillator 201, a cooling plate 203, a heating source 204, and a cover 208.
  • the crystal oscillator 201 is disposed on one surface of the cooling plate 203.
  • the crystal oscillator 201 may be connected to the power supply terminal 202 to form a measurement circuit with an external device.
  • the power supply terminal 202 may be disposed between the crystal oscillator 201 and the cooling plate 203, and may be connected to a wire passing through the cooling plate 203.
  • the cooling plate 203 forms one surface of the housing (see 100 in FIG. 1) and may be combined with the cooling channel.
  • the cooling plate 203 may have cooling water inlet and / or outlet ports 206 at both ends of the cooling channel.
  • the cooling channel is formed inside the cooling plate 203, but is not limited thereto.
  • the cooling channel may be coupled to the outer surface of the cooling plate 203 in the form of a separate pipe or surface channel.
  • the cooling plate 203 supports the power supply terminal 202 and may apply a voltage to the crystal oscillator 201.
  • the cooling plate 203 may be configured in an airtight form to block vacuum and thermal atmosphere at the same time as the electrical insulation of the power supply terminal 202 and the like.
  • the cooling plate 203 supports the crystal oscillator 201 and the heating source 204, and seals rubber rings, gaskets, and the like between the components to block the atmosphere between the inside and the outside of the housing 100. It can be installed in a structure for posting the means.
  • the coolant supplied to the cooling plate 203 flows through the flow channel connected to the cooling water inlet / outlet port 206 to maintain the temperature of the cooling plate 203 at a temperature close to room temperature, thereby providing a motor or Components such as sensors can be protected from heat.
  • the cooling plate 203 may be provided with a thermometer such as a thermocouple.
  • the cooling plate 203 may be installed in close proximity to the crystal oscillator 201 to maintain the set temperature of the crystal oscillator 201.
  • the heating source 204 may be installed to apply heat to one surface of the crystal oscillator 201 in the cover 208.
  • the heating source 204 may be a radiant heating source that applies radiant heat to the crystal oscillator 201.
  • the heating source 204 may be connected to the heating source power supply terminal 207.
  • the heating source power supply terminal 207 is supported by the cooling plate 203 and may be connected to an external power supply device through a wire passing through the cooling plate 203.
  • the heating source 204 may be installed in a structure supported in the form of filament through the heating source power terminal 207 to the cooling plate 203, and emits heat or radiation when power is applied to the crystal oscillator 201 One surface of can be heated.
  • the heating source 204 may be provided using a sheath heater or a tungsten heater to enhance durability.
  • the cover 208 may be installed to receive components disposed on or exposed on one surface of the cooling plate 203.
  • the cover 208 may have an opening, and the crystal oscillator 201 may be provided to expose the crystal oscillator 201 to the internal space of the vacuum chamber through the opening.
  • the deposition material may be introduced through the opening of the cover 208 and attached to one surface of the crystal oscillator 201.
  • the lower portion of the cover 208 when the evaporation material melted by the heat of the heating source 204 is collected by the gravity to the lower portion of the inside of the cover 208 outside the cover 208 A drain opening (not shown) for discharging the furnace may be further provided.
  • the drain opening may have a detachable collector or drainage pipe structure that couples through the lower portion of the cover 208.
  • the crystal oscillator may preferably have a structure in which the rotation angle ⁇ is 33 ° 40 ' ⁇ 16' and the rotation angle ⁇ is 24 ° 00 ' ⁇ 6 °.
  • the crystal oscillator detects the film thickness by vibrating corresponding to the film thickness of the deposition material or film deposition material attached to the surface, but preferably has a resonance frequency of 2M to 30 MHz in consideration of the detection efficiency.
  • an oscillator (not shown) is coupled to the crystal oscillator, the oscillator may be installed in the housing.
  • the oscillator oscillates at the resonant frequency of the crystal oscillator and can transmit the measured oscillation frequency change of the crystal oscillator as an electrical signal to an external film thickness measurement circuit or system.
  • the film thickness measuring circuit or the system calculates the film thickness of the film forming target, the deposition rate of the current state, and the like based on the electrical signal from the oscillator, outputs a power indication appropriate to the power source for the evaporation source, and returns the feedback signal to the set deposition rate. You can output
  • the apparatus for controlling the evaporation source power source can control the power required for the evaporation source based on the output of the film thickness measuring device or the film thickness monitoring device.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a blocking device of the film thickness measuring apparatus of FIG. 1.
  • the blocking device of the film thickness measuring apparatus may include a motor 301, a sensor 302, a feedthrough 303, and a disc 304.
  • a blocking device (see 300 in FIG. 1) may be supported by the cooling plate 203 and may selectively block deposition material coming into the crystal vibrator using a shadow effect.
  • the blocking device may control the amount of deposition material introduced into the crystal vibrator through the opening of the cover through the rotational movement of the disk 304 having a predetermined opening (see 305 of FIG. 1). According to this configuration, there is an advantage that can extend the real-time use time of the crystal oscillator by reducing the inflow of the deposition material attached to the surface of the crystal oscillator.
  • the disk 304 may be referred to as a blocking plate, and may be rotated by the operation of the motor 301 and the feedthrough 303 accommodated in the housing.
  • the disk 304 needs to be replaced at every appropriate cycle due to deposition of a deposition material, and therefore, it is preferable that the disk 304 be installed in a removable structure.
  • Disk 304 may be referred to as an open disk.
  • the opening of the disc 304 may include a plurality of openings having varying opening ratios from 0 to 100% when aligned with the opening of the cover, depending on the implementation.
  • Such a disk 304 may be configured to be clean for decontamination of the deposition material.
  • the sensor 302 is used to measure the rotation angle of the disk 304.
  • the sensor 302 measures or obtains data for measuring or measuring a preset origin for the rotation of the motor, a distance from the origin for the current position, or an angle from the rotation axis. can do.
  • the motor 301 transmits the rotational force for the rotational movement to the feedthrough 303
  • the feedthrough 303 may be responsible for the transmission and power transmission of the atmosphere, such as vacuum between the interior and exterior of the housing.
  • the crystal oscillator is prepared to measure the film thickness formed on the surface of the sample by receiving power through the power supply terminal before the deposition process proceeds, and measure the film thickness in real time during the deposition process. Since the deposition material flowing into the crystal oscillator is incident through the through opening of the disk 304, the amount of drawing deposition by adjusting the size or opening ratio of the open area of the opening of the cover according to the alignment state of the through opening with respect to the opening of the cover. Can be controlled effectively.
  • the above-described disk 304 may be disposed at a position close to the heating source in the cover, and thus, the disk 304 may be configured to have a heat resistance and a detachable structure. In order to be able to reuse through, it may be prepared using materials such as sus (SUS), titanium (Ti), ceramics, and the like.
  • FIG. 4 is a schematic plan view for describing the blocking device of FIG. 3.
  • the disk 304 used in the blocking device of the film thickness measuring apparatus may have a disk shape, and may include a through opening 305 having a predetermined shape and size.
  • the blocking device controls the alignment of the opening of the cover and the through opening 305 covering the single crystal oscillator so that the deposition material in the vacuum chamber passes through the through opening 305 and the opening of the cover.
  • the flow rate to reach the crystal oscillator can be adjusted.
  • the crystal oscillator is controlled by reducing the amount of deposition material attached to the surface of the crystal oscillator with a blocking device, and melting and removing the deposition material on the crystal oscillator using a heating source when the deposition process is not performed. Can be effectively reused.
  • FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a blocking device and a shielding plate that may be employed in the film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the blocking device of the film thickness measuring apparatus may include two quartz crystal oscillators 501 and 502.
  • double crystal oscillators can be used to counter mechanical failures.
  • the second quartz crystal oscillator 502 is closed by the blocking plate 503, and the film thickness is measured using the first quartz crystal oscillator 501, and the failure of the first quartz crystal oscillator 502 is performed.
  • the operation may be configured to use the second crystal oscillator 502 by opening the blocking plate 503 in case of malfunction.
  • the film thickness measuring apparatus is provided with two crystal oscillators
  • the present invention is not limited to such a configuration, so as to have a relatively small number of crystal oscillators of three to several or less than 10 Can be implemented. Even in this case, since each crystal oscillator can be reused a plurality of times, it is a matter of course that the life of the sensor device can be significantly extended compared to the prior art.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view for explaining a heating source that can be employed in the film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the sensor device of the film thickness measuring apparatus may be installed to use a conductive heating source as the heating source 204a.
  • the conductive heating source may be arranged to apply direct heat or electricity by conduction to the deposition material attached to one surface of the crystal oscillator.
  • the sensor device according to the present embodiment is substantially the same as the sensor device described above with reference to FIG. 2 except that the heating source is a conductive heating source, detailed descriptions of the remaining components will be omitted.
  • the sensor device has been described as having a cooling plate, but the present invention is not limited to such a configuration.
  • the crystal oscillator is a crystal oscillator using a crystal plate of SC-Cut cut by rotating ⁇ around the Z axis and ⁇ around the X axis in the Cartesian coordinate system X, Y, and Z axes, which are crystal crystal axes of the crystal plate.
  • SC-Cut crystal oscillator in which case a cooling plate may be omitted and a general plate without cooling function may be used depending on the implementation.
  • FIG. 7 to 10 are exemplary views of a deposition apparatus, a sputtering apparatus, or a film deposition apparatus to which the film thickness measuring apparatus according to the present embodiments may be applied.
  • the vacuum vapor deposition apparatus 1 which concerns on a comparative example employ
  • the vacuum deposition apparatus 1 can be used, for example, for film formation for semiconductors, metal films for electrodes, organic EL (electro-luminescence) films, and the like.
  • the vacuum evaporation apparatus 1 is for blocking the vaporization of the film formation material with respect to the film formation object 12 before the evaporation source 11, the film formation object 12, the film formation process, etc. to evaporate the film formation material in the vacuum chamber 10.
  • a shutter mechanism 13 is provided.
  • the film thickness monitoring device 2 includes a sensor 3, an oscillator 15 and a film thickness meter 16, which hold the crystal oscillator by the sensor head.
  • the crystal oscillator includes a crystal plate and electrodes provided on the crystal plate to apply a voltage.
  • the film thickness measuring apparatus according to the present embodiment can be used in place of the film thickness monitoring apparatus described above.
  • the vacuum chamber 31 faces the substrate 32 and the target electrode 33 formed corresponding to the composition of the film forming material to face each other.
  • Plasma atmosphere 35 is formed by inputting and discharging a predetermined electric power by the high frequency power supply 34 in the 31 and accelerating ions of the rare gas ionized in the plasma atmosphere 35 toward the target to collide.
  • the sputtered particles (target atoms) thus formed are scattered to adhere to and deposited on the substrate surface.
  • the sputtering apparatus 21 forms a thin film.
  • This sputtering apparatus 21 is provided with the film thickness monitoring apparatus 22 provided with the sensor 36, the oscillator 37, and the film thickness measuring system 38 like the vacuum vapor deposition apparatus 1 of FIG. .
  • the film thickness measuring apparatus according to the present embodiment can be used in place of the film thickness monitoring apparatus in the sputter apparatus.
  • the evaporation source device 1 of EL material which is another film forming apparatus, includes a housing 2 (e.g., a water-cooled shield box) elongated toward one horizontal direction, and this housing 2
  • the crucible 4 which accommodated the EL material 3 inside is accommodated from the arrow direction.
  • the heating device 5 for heating the crucible 4 at a predetermined temperature includes a heater and can be installed around the crucible 4.
  • a gas release plate 6 is provided in front of the crucible 4.
  • a gas release plate 6 is provided in front of the crucible 4, a gas release plate 6 is provided.
  • the gas discharge plate 6 a plurality of gas discharge holes 6a are formed uniformly in the horizontal direction. The discharge holes 6a are formed such that the distances at both ends are closer than the distance at the center.
  • the above-mentioned evaporation source apparatus 10 is accommodated in the vacuum chamber 7 shown by the dotted line.
  • the vapor deposition substrate 8 such as a glass plate which manufactures an organic EL device
  • the evaporation source device 1 is moved up and down with respect to the vapor-deposited substrate 8.
  • the evaporation source device 1 moves the gaseous evaporation particles 3a of the organic EL material 3 into a gaseous shape by heating by the heating device 5 with respect to the substrate to be deposited 8 while moving up and down. It is to be sprayed from.
  • the evaporated particles 3a of the organic EL material 3 are widely deposited on the surface of the vapor deposition substrate 8.
  • the film thickness measuring apparatus may be arranged to measure the film thickness formed on the substrate to be deposited on the side of the deposition substrate.
  • an evaporation source device of EL material which is another film forming device, may include a crucible 4, a heating device 50, and a film thickness measuring device 500.
  • the evaporation source device may be disposed in the vacuum chamber 7 and may heat and evaporate the deposition material contained in the crucible 4 to form a film on the vapor deposition substrate (not shown) arranged on top of the crucible 4. have.
  • the film thickness measuring apparatus 500 may calculate the thickness of the film formed on the substrate to be deposited based on the evaporation material which rises upward from the opening of the crucible 4 and adheres to the surface of the crystal oscillator. Since the film thickness measuring apparatus 500 may correspond to any one of the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 6, detailed description of the coupling relationship between the components is omitted.

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Abstract

증착 장비에 설치되고 진공 챔버 내에서 시료 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치가 개시된다. 막 두께 측정 장치는, 냉각수 유동 채널과 결합하는 냉각 플레이트, 냉각 플레이트의 일면 상에 배치되는 수정진동자, 수정진동자에 결합하는 센서 전극, 냉각 플레이트 상에서 수정진동자를 포위하며 수정진동자를 외부에 노출시키는 개구부를 갖춘 커버, 및 커버 내측에서 개구부와 마주하는 수정진동자의 일면으로 열을 가하는 가열원을 포함하며, 가열원은 수정진동자의 작동 오프 중에 수정진동자의 일면상에 부착되는 증착물질을 녹여 제거한다.

Description

막 두께 측정 장치
본 발명의 실시예들은 막 두께 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 증착 장비에 설치되고 진공 챔버 내에서 시료 상에 증착되는 막의 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치에 관한 것이다.
수정진동자 센서는 박막을 형성하는 증착 장비에 많이 사용되고 있다. 수정진동자 센서는 증착 장비의 진공 챔버 내에서 시료 상에 형성되는 박막의 두께를 측정하고 제어하기 위한 핵심 부품이다.
수정진동자 상에 교류 전기를 가해주면, 수정진동자는 신장하거나 수축을 하게 되고 수정진동자 상에 축적되는 시료의 두께에 따라 크리스탈이 서로 다른 세기의 진동을 하게 되는데, 수정진동자 센서는 전술한 작동 원리를 이용하여 박막의 두께를 측정하게 된다. 이러한 측정 방식은 1950년대에 조지 사우어브레이(George Sauerbery)라는 독일 과학자에 의해 증명된 이후에 지금까지 많은 산업분야에서 박막 두께의 측정 방법으로 이용되고 있다.
상업용 수정진동자 센서는, 초당 6만 번(6MHz) 정도로 일정하게 지속적으로 떨리도록 설정되고, 수정진동자 상에 형성되는 박막의 질량 변화에 따른 공진주파수 변화를 측정하여 막 두께를 측정하도록 구성된다.
수정진동자 센서를 상업적으로 이용하기 위해서는 장기간 사용이 가능하여야 하고, 장기간 사용시에도 문제를 일으키지 않아야 하며, 체적을 작게 하여 공간 활용도를 높여야 하는 특징이 요구된다. 현재, 대부분의 수정진동자 센서는, 장기간 사용을 위해 단일 센서 장치에 다수의 수정진동자를 설치하여 사용되고 있다. 증착 공정 진행 시에는 수명이 다한 수정진동자를 순차적으로 교환하여 이용하는 방식을 사용한다. 또한, 센서 상으로 인입되는 증착물질의 양을 조절할 수 있는 쵸퍼(chopper)라 불리우는 차단장치를 사용하기도 한다.
그러나 수정진동자를 사용하거나 증착물질의 양을 조절하는 차단장치를 사용하는 종래의 수정진동자 센서에서는 센서의 수명을 연장하는 데 있어서 장기간 사용에 미치지 못하는 한계가 여전히 존재하고, 따라서 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명의 목적은 수정진동자 센서를 재사용할 수 있도록 구성함으로써 수정진동자의 수명을 획기적으로 연장하고, 그에 의해 수정진동자 센서의 교체, 일부 설치 작업의 생략 등을 통해 수정진동자 센서의 유지관리 비용을 절감할 수 있는 막 두께 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수정진동자 상에 부착되는 재료의 양을 조절함으로써 부착 재료를 효과적으로 제거하여 수정진동자 센서를 재사용할 수 있도록 하는, 막 두께 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 모듈 형태로 작은 부피를 구비하고, 그에 의해 증착 장비의 진공 챔버 내 공간 활용도를 높여줄 수 있는 막 두께 측정 장치를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 막 두께 측정 장치는, 냉각수 유동 채널과 결합하는 냉각 플레이트; 상기 냉각 플레이트의 일면 상에 배치되는 수정진동자; 상기 수정진동자에 결합하는 센서 전극; 상기 냉각 플레이트 상에서 상기 수정진동자를 포위하며 상기 수정진동자를 외부에 노출시키는 개구부를 갖춘 커버; 및 상기 커버 내측에서 상기 개구부와 마주하는 상기 수정진동자의 일면으로 열을 가하는 가열원을 포함한다. 상기 가열원은 상기 수정진동자의 작동 오프 중에 상기 수정진동자의 일면상에 부착되는 증착물질을 녹여 제거할 수 있다.
일실시예에서, 상기 가열원은 상기 증착물질에 대하여 복사열을 발생시키는 복사가열원 또는 전도열을 발생시키는 전도가열원을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 막 두께 측정 장치는, 상기 커버의 하단부에 배치되어 상기 증착물질을 배출하는 드레인 개구부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 막 두께 측정 장치는, 상기 커버 외부에서 상기 개구부의 개폐 또는 개구부의 개방 정도를 조절하는 차단장치를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 차단장치는, 상기 개구부에 대응하는 관통 개구부를 구비하고, 회전 각도에 따라 상기 개구부의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 디스크; 상기 냉각판에 지지되고 상기 디스크에 결합하는 피드스루; 상기 피드스루의 회전각을 감지하는 센서; 및 상기 피드스루에 결합하는 모터를 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 수정진동자는 제1 수정진동자 및 제2 수정진동자를 구비할 수 있다. 그 경우, 막 두께 측정 장치는 상기 제1 수정진동자를 덮는 제1 커버 및 상기 제2 수정진동자를 덮는 제2 커버의 외부에서 상기 제1 커버 및 상기 제2 커버의 개구부의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 차단장치를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 막 두께 측정 장치는, 상기 제2 커버의 개구부에 대응하여 상기 차단장치의 관통 개구부를 차단하는 가림판을 더 포함할 수 있다. 여기서, 막 두께 측정 장치는 상기 제1 커버의 개구부에 대응하여는 가림판을 구비하지 않을 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 막 두께 측정 장치는, 플레이트의 일면 상에 배치되는 수정진동자; 상기 수정진동자에 결합하는 센서 전극; 상기 플레이트 상에서 상기 수정진동자를 포위하며 상기 수정진동자를 외부에 노출시키는 개구부를 갖춘 커버; 및 상기 커버 내측에서 상기 개구부와 마주하는 상기 수정진동자의 일면으로 열을 가하는 가열원을 포함하고, 상기 가열원은 상기 수정진동자의 작동 오프 중에 상기 수정진동자의 일면상에 부착되는 증착물질을 가열하도록 이루어질 수 있다.
일실시예에서, 상기 플레이트는 상기 센서 전극 및 상기 가열원에 연결되는 전원단자를 외부로 인출하는 배선을 수용하는 하우징의 일면을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 수정진동자에 부착되는 증착물질을 제거하여 수정진동자 센서를 재사용할 수 있도록 함으로써 수정진동자의 수명을 획기적으로 연장하고, 그에 의해 수정진동자 센서의 교체, 일부 설치 작업 등의 생략을 통해 수정진동자 센서의 유지관리 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 수정진동자 상에 부착되는 재료(증착물질)의 양을 조절함으로써 증착 공정 전후에 증착 물질을 효과적으로 제거하여 수정진동자 센서를 재사용할 수 있도록 준비할 수 있고, 그에 의해 공정 진행시 유지보수 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나 또는 두 개 정도의 적은 개수의 수정진동자를 사용하면서도 본 실시예보다 더 많은 개수(예컨대 10개 이상)의 수정진동자를 갖춘 기존의 수정진동자 센서 대비 장치 수명을 연장시킬 수 있고, 또한 수정진동자 상에 부착되는 증착물질을 미리 설정된 비율로 감소시킴으로써 막 두께 측정에 대한 신뢰도를 유지하면서 증착물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 그에 의해 수정진동자의 효율적인 재사용 방안을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 막 두께 측정 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 막 두께 측정 장치의 센서 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 부분 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 막 두께 측정 장치의 차단장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 차단장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 막 두께 측정 장치에 채용할 수 있는 차단장치 및 가림판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 막 두께 측정 장치에 채용할 수 있는 가열원을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 본 실시예들에 따른 막 두께 측정 장치를 적용할 수 있는 증착 장치, 스퍼터 장치 또는 성막 장치에 대한 예시도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다", "가진다" 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치는 내부 공간을 구비하는 하우징(100), 하우징(100)에 결합하여 설치되고 진공 챔버 내에서 시료 상의 성막 두께를 측정하는 센서장치(200), 및 성막 재료 또는 증착물질의 인입량을 조절하기 위한 차단장치(300)를 구비한다. 하우징(100)의 일측에는 내부 공간에서 센서장치(200) 및 차단장치(300)의 튜브 및 전선 등을 외부 또는 외부 장치와 연결하기 위한 통로를 형성하기 위한 플랜지(400)가 구비될 수 있다. 외부 장치는 진공 챔버 외부에 배치될 수 있다.
하우징(100)은 진공 챔버 내에서 내벽이나 기구물에 고정될 수 있고 진공 분위기의 영향을 차단할 수 있도록 구성될 수 있다. 하우징(100)은 내부와 외부의 분위기 차단을 위해 기밀 형태로 구성될 수 있다. 또한, 하우징(100)은 진공 챔버 내에 고정장치를 통해 고정될 수 있다.
하우징(100)의 일면 상에는 센서장치(200)가 결합하고, 센서장치(200)의 전원단자에 연결되는 배선이 하우징의 일면을 관통하여 하우징 내부에서 외부로 연결될 수 있다. 또한, 하우징(100)의 내부 공간에는 차단장치(300)의 일부 구성요소가 수납될 수 있고, 전원선이나 데이터선이 내부 공간에서 하우징 외부로 연장되도록 설치될 수 있다.
센서장치(200)는 증착 장비 내에 위치하거나 노출되는 하우징(100)의 일면상에서 증착원에 노출되어 증착막의 두께를 측정하기 위한 수정진동자와, 수정진동자가 그 일면상에 설치되며 냉각 채널과 결합하는 냉각 플레이트와, 수정진동자 상의 증착물질을 제거하기 위한 가열원과, 냉각 플레이트, 수정진동자 및 가열원을 수용하며 수정진동자를 센서장치 외부에 노출시키는 개구부를 구비한 커버를 포함할 수 있다.
수정진동자는 공간 활용도를 높이기 위해 단일 혹은 수 개 내외로 설치될 수 있다. 수정진동자는 증착, 스퍼터 또는 성막 공정 진행 시 막 두께 측정 장치나 수정진동자 센서의 유지보수를 위해 탈착 가능한 형태로 구성될 수 있다.
가열원은 복사가열원을 사용하여 설치될 수 있다. 복사가열원은 저항 가열 방식의 가열체를 포함할 수 있다. 가열체는 가열원 전원단자에 열결될 수 있다.
센서장치(200)의 구성요소들에 대한 바람직한 실시예에 대하여는 아래에 상세히 설명하기로 한다.
차단장치(300)는 진공 챔버 내에서 원하는 방향의 증착물질만 센서장치(200)로 인입되거나 증착물질의 유입을 선택적으로 차단하도록 설치될 수 있다. 차단장치(300)는 센서장치(200)의 커버의 개구부를 덮는 디스크와 디스크에 설치되는 관통 개구부(305)를 구비할 수 있다. 디스크는 성막, 스퍼터 또는 증착 공정 진행 시 효과적인 유지보수를 위해 탈착 가능형태로 마련될 수 있다.
차단장치(300)는 디스크를 회전시켜 센서장치(200)의 커버의 개구부를 개방, 폐쇄 또는 일정 비율로 개방할 수 있고, 그에 의해 수정진동자에 대한 증착 소스의 노출량을 조절할 수 있다. 차단장치(300)의 구성요소에 대하여도 아래에서 상세히 설명되어 있다.
본 실시예에 의하면, 성막 공정을 진행할 때에는 차단장치(300)를 통해 증착 물질의 인입량을 감소시켜 주어 수정진동자의 실시간 사용시간을 늘릴 수 있고, 성막 공정을 진행하지 않을 때에는 가열원을 이용하여 수정진동자에 부착된 증착물질을 없애주어 수정진동자를 재생시킴으로써 수정진동자의 교체 없이 막 두께 측정 센서를 재사용할 수 있다.
도 2는 도 1의 막 두께 측정 장치의 센서 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 부분 횡단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 막 두께 측장 장치의 센서 장치는, 수정진동자(201), 냉각 플레이트(203), 가열원(204) 및 커버(208)를 구비한다.
수정진동자(201)는 냉각 플레이트(203)의 일면 상에 배치된다. 수정진동자(201)는 전원단자(202)에 연결되어 외부 장치와 측정 회로를 형성할 수 있다. 전원단자(202)는 수정진동자(201)와 냉각 플레이트(203) 사이에 배치될 수 있고, 냉각 플레이트(203)를 관통하는 배선에 연결될 수 있다.
냉각 플레이트(203)는 하우징(도 1의 100 참조)의 일면을 형성하며 냉각 채널과 결합될 수 있다. 냉각 플레이트(203)는 냉각 채널의 양단부에 냉각수 유입 및/또는 유출 포트(206)를 구비할 수 있다. 본 실시예에서 냉각 채널은 냉각 플레이트(203)의 내부에 형성되나, 이에 한정되지 않는다. 냉각 채널은 별도의 배관이나 표면 채널 형태로 냉각 플레이트(203)의 외표면에 결합될 수 있다.
냉각 플레이트(203)는 전원단자(202)를 지지하며, 수정진동자(201)에 전압을 인가할 수 있다. 냉각 플레이트(203)는 전원단자(202) 등의 전기적 절연과 동시에 진공, 열 분위기 차단을 위해 기밀 형태로 구성될 수 있다.
또한, 냉각 플레이트(203)는 수정진동자(201)와 가열원(204) 등을 지지하며, 하우징(100) 내부와 외부 사이의 분위기를 차단할 수 있도록 구성요소들 사이에 고무링, 가스켓 등의 밀봉 수단을 게재하는 구조로 설치될 수 있다.
냉각 플레이트(203)에 공급되는 냉각수는 냉각수 유입/유출 포트(206)에 연결되는 유동 채널을 통해 유동하여 냉각 플레이트(203)의 온도를 상온에 가까운 온도로 유지시키며, 그에 의해 하우징 내부의 모터나 센서와 같은 구성 부품을 열로부터 보호할 수 있다. 냉각 플레이트(203)의 온도를 감시하기 위하여 냉각 플레이트(203)에는 써모커플 등의 온도계가 구비될 수 있다. 냉각 플레이트(203)는 수정진동자(201)의 설정 온도 유지를 위해 수정진동자(201)에 근접하여 설치될 수 있다.
가열원(204)은 커버(208) 내에서 수정진동자(201)의 일면에 열을 가하도록 설치될 수 있다. 가열원(204)은 수정진동자(201)에 복사열을 가하는 복사가열원일 수 있다. 가열원(204)은 가열원 전원단자(207)에 연결될 수 있다. 가열원 전원단자(207)는 냉각 플레이트(203)에 의해 지지되고 냉각 플레이트(203)를 관통하는 배선을 통해 외부 전원장치와 연결될 수 있다.
일례로, 가열원(204)은 냉각 플레이트(203)에 가열원 전원단자(207)를 통해 필라멘트 형태로 지지되는 구조로 설치될 수 있고, 전원 인가 시 열 또는 복사선을 방출하여 수정진동자(201)의 일측 표면을 가열할 수 있다. 가열원(204)은 내구성 강화를 위해 시즈(sheath) 히터나 텅스턴 히터를 사용하여 마련될 수 있다.
커버(208)는 냉각 플레이트(203)의 일면 상에 배치되거나 노출되는 구성요소를 수납하도록 설치될 수 있다. 또한, 커버(208)는 개구부를 구비하고, 개구부를 통해 수정진동자(201)가 진공 챔버의 내부 공간에 노출되도록 마련될 수 있다. 진공 챔버 내에서 증착, 스퍼터 또는 성막 공정이 진행되면, 커버(208)의 개구부를 통해 증착 물질이 유입되어 수정진동자(201)의 일측 표면에 부착될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 커버(208)의 하부에는 가열원(204)의 열에 의해 녹은 증발물질이 중력에 의해 커버(208) 내부의 아래쪽 부분으로 모일 때 증발물질을 커버(208)의 외부로 배출하기 위한 드레인 개구부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 드레인 개구부는 커버(208)의 하부측 부분을 관통하도록 결합하는 착탈식 형태의 수집통이나 배수구 형태의 배관 구조를 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 수정 진동자는, 바람직하게는 회전각도(θ)가 33°40′±16′이며, 회전각도(φ)가 24°00′±6°인 구조를 구비할 수 있다. 수정 진동자는, 표면에 부착된 증착물질이나 성막 재료의 막 두께에 대응하여 진동하는 것에 의하여 막 두께를 검출하는데, 검출 효율을 고려하여 2M ~ 30㎒의 공진 주파수를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 수정진동자에는 발진기(미도시)가 결합하며, 발진기는 하우징 내에 설치될 수 있다. 발진기는, 수정 진동자의 공진 주파수로 발진하고, 측정한 수정 진동자의 발진 주파수 변화를 전기신호로서 외부의 막 두께 측정 회로나 시스템에 전달할 수 있다. 막 두께 측정 회로나 시스템은, 발진기로부터의 전기신호에 기초하여 성막 대상물의 막 두께, 현재 상태의 증착 레이트 등을 계산하고, 증발원용 전원에 적정한 전력 지시치를 출력하여, 설정된 증착 레이트가 되도록 피드백 신호를 출력할 수 있다. 증발원용 전원을 제어하는 장치는, 막 두께 측정 장치 또는 막 두께 감시 장치의 출력에 기초하여 증발원에 필요한 전력을 제어할 수 있다.
도 3은 도 1의 막 두께 측정 장치의 차단장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 차단장치는, 모터(301), 센서(302), 피드스루(303) 및 디스크(304)를 구비하여 구성될 수 있다. 이러한 차단장치(도 1의 300 참조)는 냉각 플레이트(203)에 지지되고 섀도우 효과(shadow effect)를 이용해 수정진동자로 들어오는 증착물질을 선택적으로 차단하도록 기능할 수 있다.
즉, 차단장치는 일정한 개구부(도 1의 305 참조)를 가진 디스크(304)의 회전운동을 통해 커버의 개구부를 통해 수정진동자로 증착물질이 유입되는 양을 조절할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 수정진동자의 표면에 부착되는 증착물질의 유입량을 감소시켜 수정진동자의 실시간 사용시간을 연장할 수 있는 장점이 있다.
디스크(304)는 차단판으로 지칭될 수 있으며, 하우징 내에 수납되는 모터(301)와 피드스루(303)의 동작에 의해 회전운동할 수 있다. 디스크(304)는 증착물질의 부착 등에 의해 적절한 사용주기마다 교체할 필요가 있고, 따라서 탈착이 가능한 구조로 설치되는 것이 바람직하다. 디스크(304)는 개구형 디스크로 지칭될 수 있다.
디스크(304)의 개구부 즉, 관통 개구부(도 1의 305 참조)는 구현에 따라서 커버의 개구부와 정렬될 때 0~100%까지의 다양한 개구율을 가진 복수의 개구부들을 포함할 수 있다. 이러한 디스크(304)는 증착물질의 오염 제거를 위해 세정이 가능하도록 구성될 수 있다.
센서(302)는 디스크(304)의 회전각을 측정하기 위한 것으로, 모터의 회전에 대한 미리 설정된 원점이나 현재 위치에 대한 원점으로부터의 거리 혹은 회전축으로부터의 각도 등을 측정하거나 측정을 위한 데이터를 획득할 수 있다.
모터(301)는 피드스루(303)에 회전운동을 위한 회전력을 전달하고, 피드스루(303)는 하우징 내부와 외부 간의 진공 등의 분위기 차단 및 동력전달을 담당할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 증착 공정 진행 전에 수정진동자는 전원단자를 통해 전원을 공급받아 시료의 표면에 형성되는 막 두께를 측정하도록 준비되고, 증착 공정 진행 시 막 두께를 실시간 측정할 수 있다. 수정진동자로 유입되는 증착 물질은 디스크(304)의 관통 개구부를 통해 입사되므로, 커버의 개구부에 대한 관통 개구부의 정렬 상태에 따라 커버의 개구부의 개방 영역을 크기 혹은 개구율을 조절하여 증착물징의 인입량을 효과적으로 조절할 수 있다.
전술한 디스크(304)는 증착물질의 인입량 조절 기능 외에, 커버 내 가열원과 근접한 위치에 배치될 수 있으므로 내열성을 가지면서, 탈착 가능한 구조로 구성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 세척 등을 통해 재사용을 할 수 있도록, 서스(SUS), 티타늄(Ti), 세라믹 등의 재질을 사용하여 마련될 수 있다.
도 4는 도 3의 차단장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 차단장치에 사용되는 디스크(304)는 원반 형태를 구비할 수 있고, 소정 형태와 사이즈의 관통 개구부(305)를 구비할 수 있다. 이러한 디스크(304)의 구성에 의하면, 차단장치는 단일 수정진동자를 덮는 커버의 개구부와 관통 개구부(305)와의 정렬 상태를 제어하여 진공 챔버 내의 증착물질이 관통 개구부(305)와 커버의 개구부를 통해 수정진동자에 도달하는 유입량을 조절할 수 있다.
본 실시예에서 막 두께 측정 장치에 사용되는 수정진동자는 하나일 수 있다. 본 실시예에 의하면, 차단장치로 수정진동자의 표면에 부착되는 증착물질의 인입량을 조절하여 감소시키고, 증착 공정을 진행하지 않을 때 가열원을 이용하여 수정진동자 상의 증착물질을 녹여 제거함으로써 수정진동자를 효과적으로 재사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 막 두께 측정 장치에 채용할 수 있는 차단장치 및 가림판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 차단장치는, 2개의 수정진동자(501, 502)를 구비할 수 있다.
위에서 살핀 바와 같이 단일 수정진동자 사용시에도 장기간 연속 사용이 가능하다. 다만, 양산성 측면을 고려할 때, 기계적인 고장에 대응하기 위해 이중 수정진동자를 사용할 수 있다. 그 경우, 초기에는 제2 수정진동자(502)를 차단판(503)으로 가린 상태(close)로 두고 제1 수정진동자(501)를 이용해 막 두께를 측정하며, 제1 수정진동자(502)의 고장이나 작동 불량 시에 차단판(503)을 열어 제2 수정진동자(502)를 사용하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치는 두 개의 수정진동자를 구비하나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 3개 내지 수 개 또는 10개 이하의 상대적으로 적은 개수의 수정진동자를 구비하도록 구현될 수 있다. 이러한 경우에도, 각 수정진동자를 복수회 재사용할 수 있으므로, 종래 기술 대비 센서장치의 수명을 크게 연장시킬 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 막 두께 측정 장치에 채용할 수 있는 가열원을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치의 센서장치는, 가열원(204a)으로서 전도가열원을 사용하도록 설치될 수 있다. 전도가열원은 수정진동자의 일면 상에 부착되는 증착물질에 전도에 의한 직접적인 열이나 전기를 인가하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 센서장치는 가열원이 전도가열원인 것을 제외하고 도 2를 참조하여 위에서 설명한 센서장치와 실질적으로 동일하므로 그 나머지 구성요소들에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
한편, 전술한 실시예에서는 센서장치가 냉각 플레이트를 구비하는 것으로 설명하였지만, 본 발명을 그러한 구성으로 한정되지 않는다. 일례로, 수정진동자는 수정판의 수정 결정축인 직교좌표계 X축, Y축, Z축에 있어서 Z축 주위로 θ회전하고, X축 주위로 φ회전하여 커트된 SC-Cut의 수정판을 이용한 수정진동자(SC-Cut 수정 진동자)를 사용하여 마련될 수 있으며, 그 경우, 구현에 따라서 냉각 플레이트는 생략되고 냉각 기능을 구비하지 않는 일반 플레이트가 대체 사용될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 실시예들에 따른 막 두께 측정 장치를 적용할 수 있는 증착 장치, 스퍼터 장치 또는 성막 장치에 대한 예시도들이다.
도 7을 참조하면, 비교예에 따른 진공 증착장치(1)는, 막 두께 감시장치용 센서(3) 및 그것을 이용한 막 두께 감시장치(2)를 채용하고 있다. 진공 증착장치(1)는 예를 들어 반도체나 전극용 금속막, 유기EL(electro-luminescence)막 등을 위한 성막에 이용될 수 있다. 진공 증착장치(1)는, 진공조(10) 내에 성막 재료를 증발시키는 증발원(11), 성막 대상물(12), 성막 공정 전 등에 성막 대상물(12)에 대해 성막 재료가 기화된 증기를 차단하기 위한 셔터기구(13)를 구비한다.
막 두께 감시장치(2)는 센서(3), 발진기(15) 및 막 두께 측정계(16)를 구비하며, 센서(3)는 센서 헤드에 의해 수정진동자를 유지한다. 수정 진동자는, 수정판과, 수정판에 마련되어서 전압을 인가하는 전극을 구비한다.
본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치는 전술한 막 두께 감시장치를 대체하여 사용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 다른 비교예에 따른 스퍼터 장치(21)는, 진공조(31) 내에 기판(32)과, 성막 재료의 조성에 대응하여 형성된 타겟 전극(33)을 대향 배치하고, 진공조(31) 내에서 고주파 전원(34)에 의해 소정 전력을 투입하고 글로우 방전시키는 것에 의하여 플라즈마 분위기(35)를 형성하며, 플라즈마 분위기(35) 중에서 전리된 희소가스의 이온을 타겟으로 향하여 가속시켜 충돌시키고, 이것에 의해 생긴 스퍼터 입자(타겟 원자)를 비산시켜서 기판 표면에 부착, 퇴적시킨다. 이것에 의해, 스퍼터 장치(21)는 박막을 형성한다.
이러한 스퍼터 장치(21)는, 도 7의 진공 증착장치(1)와 마찬가지로, 센서(36), 발진기(37), 및 막 두께 측정계(38)를 구비한 막 두께 감시장치(22)를 구비한다. 그 경우, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치는 스퍼터 장치에서 막 두께 감시장치를 대체하여 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 또 다른 성막 장치인 EL 재료의 증발원 장치(1)는 수평한 일 방향을 향해서 길게 신장된 하우징(2)(일례로, 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)는 히터를 포함하며 도가니(4)의 주위에 설치될 수 있다. 도가니(4)의 전방에는 가스 방출용 판(6)이 설치되어 있다. 가스 방출용 판(6)에는 복수의 가스 방출 구멍(6a)이 수평 방향으로 균일하게 형성되어 있다. 스 방출 구멍(6a)은 양단부에서의 간격 거리가 중앙부의 거리보다도 근접하도록 형성되어 있다.
전술한 증발원 장치(10)는 점선으로 나타낸 진공 챔버(7) 내에 수납되어 있다. 진공 챔버(7) 내에서는 유기 EL 디바이스를 제조하는 글래스판 등의 피 증착 기판(8)을 유지 장치에 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 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 표면상에 유기 EL 재료(3)의 증발 입자(3a)가 넓게 증착되게 된다.
전술한 경우, 본 실시예에 따른 막 두께 측정 장치는 수직으로 세워진 피 증착 기판의 측면에 배치되어 피 증착 기판에 형성되는 막 두께를 측정하도록 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, 또 다른 성막 장치인 EL 재료의 증발원 장치는 도가니(4), 가열장치(50) 및 막 두께 측정 장치(500)를 포함할 수 있다. 증발원 장치는 진공 챔버(7) 내에 배치될 수 있으며, 도가니(4)에 수용되는 증착재료를 가열하고 증발시켜 도가니(4)의 상부에 배열된 피 증착기판(미도시) 상에 막을 형성할 수 있다.
막 두께 측정 장치(500)는 도가니(4)의 개구부에서 상향으로 올라와 수정진동자의 표면에 부착되는 증발물질에 기초하여 피 증착기판 상에 형성되는 막의 두께를 계산할 수 있다. 이러한 막 두께 측정 장치(500)는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시예들 중 어느 하나에 대응할 수 있으므로 그 구성요소들과 결합 관계에 대한 상세 설명은 생략한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 냉각수 유동 채널과 결합하는 냉각 플레이트;
    상기 냉각 플레이트의 일면 상에 배치되는 수정진동자;
    상기 수정진동자에 결합하는 센서 전극;
    상기 냉각 플레이트 상에서 상기 수정진동자를 포위하며 상기 수정진동자를 외부에 노출시키는 개구부를 갖춘 커버; 및
    상기 커버 내측에서 상기 개구부와 마주하는 상기 수정진동자의 일면으로 열을 가하는 가열원을 포함하고,
    상기 가열원은 상기 수정진동자의 작동 오프 중에 상기 수정진동자의 일면상에 부착되는 증착물질을 녹여 제거하는, 막 두께 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열원은 상기 증착물질에 대하여 복사열을 발생시키는 복사가열원 또는 전도열을 발생시키는 전도가열원을 포함하는, 막 두께 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버의 하단부에 배치되어 상기 증착물질을 배출하는 드레인 개구부를 더 포함하는, 막 두께 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버 외부에서 상기 개구부의 개폐 또는 개구부의 개방 정도를 조절하는 차단장치를 더 포함하는, 막 두께 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 차단장치는,
    상기 개구부에 대응하는 관통 개구부를 구비하고, 회전 각도에 따라 상기 개구부의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 디스크;
    상기 냉각판에 지지되고 상기 디스크에 결합하는 피드스루;
    상기 피드스루의 회전각을 감지하는 센서; 및
    상기 피드스루에 결합하는 모터를 구비하는, 막 두께 측정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수정진동자는 제1 수정진동자 및 제2 수정진동자를 구비하고,
    상기 제1 수정진동자를 덮는 제1 커버 및 상기 제2 수정진동자를 덮는 제2 커버의 외부에서 상기 제1 커버 및 상기 제2 커버의 개구부의 개폐 또는 개방 정도를 조절하는 차단장치를 더 포함하는, 막 두께 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 커버의 개구부에 대응하여 상기 차단장치의 관통 개구부를 차단하는 가림판을 더 포함하는, 막 두께 측정 장치.
  8. 플레이트의 일면 상에 배치되는 수정진동자;
    상기 수정진동자에 결합하는 센서 전극;
    상기 플레이트 상에서 상기 수정진동자를 포위하며 상기 수정진동자를 외부에 노출시키는 개구부를 갖춘 커버; 및
    상기 커버 내측에서 상기 개구부와 마주하는 상기 수정진동자의 일면으로 열을 가하는 가열원을 포함하고,
    상기 가열원은 상기 수정진동자의 작동 오프 중에 상기 수정진동자의 일면상에 부착되는 증착물질을 가열하는, 막 두께 측정 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 센서 전극 및 상기 가열원에 연결되는 전원단자를 외부로 인출하는 배선을 수용하는 하우징의 일면을 형성하는, 막 두께 측정 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 커버 외부에서 상기 개구부의 개폐 또는 개구부의 개방 정도를 조절하는 차단장치를 더 포함하는, 막 두께 측정 장치.
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