KR101413355B1 - Deposition rate sensor integrated with controller module - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a deposition rate sensor which measures a deposition rate for an evaporation source used for a process which manufactures a semiconductor, a display, a light, a solar battery, etc. The present invention is provided to improve a signal error rate caused by the degradation of a signal to noise ratio generated by the complexity of an installation and wiring length. The complexity of the installation is generated by locating a control module necessary to drive an existing deposition rate sensor on the outside of a chamber, and separating a lot of wirings from the vacuum chamber. The present invention is provided to integrate the deposition rate sensor, a motor which drives the deposition rate sensor, various additional sensors, an oscillator, various control modules, and a communication module in the vacuum chamber as a sensor block, thereby offering a control module integrated deposition rate sensor having one or two wirings.

Description

제어모듈 일체형 증착율 센서{DEPOSITION RATE SENSOR INTEGRATED WITH CONTROLLER MODULE}[0001] DEPOSITION RATE SENSOR INTEGRATED WITH CONTROLLER MODULE [0002]

본 발명은 반도체, LCD, OLED 디스플레이, 조명, 태양전지 등을 제조하는 공정에 사용되는 증발원의 증착율을 측정하는 증착율 센서 구성에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 증착율 센서 구동을 제어하는 제어모듈 구성의 개선에 관한 것이다.The present invention relates to a deposition rate sensor for measuring a deposition rate of an evaporation source used in a process for manufacturing a semiconductor, an LCD, an OLED display, an illumination, a solar cell, and the like. More particularly, Improvement.

대면적 기판에 적용되는 증발원에 의한 박막 증착은 박막 균일도를 위해 증착율을 감시하는 증착율 센서를 증발원과 함께 설치하고 있다. Thin film deposition by an evaporation source applied to a large area substrate is carried out with a deposition rate sensor for monitoring the deposition rate for thin film uniformity.

증발원의 증착율을 측정하는 증착율 센서는 쳄버내에 설치하고, 센서신호, 센서동작제어등과 관련된 배선을 쳄버외부의 제어장치와 연결하여 사용한다. 그 개략적인 구성은 도 1과 같다. 구조적으로 증발원의 한 단부에 증착율 센서를 설치한 구성은 대한민국 등록특허 제10-0611883호에서 볼 수 있다. The deposition rate sensor that measures the deposition rate of the evaporation source is installed in the chamber, and the wiring related to the sensor signal, the sensor operation control, and the like is connected to the control device outside the chamber. The schematic configuration is the same as in Fig. A structure in which a deposition rate sensor is structurally installed at one end of an evaporation source can be found in Korean Patent Registration No. 10-0611883.

상기와 같은 종래 증착율 센서 구성은 다음과 같은 문제가 있다. The conventional deposition rate sensor has the following problems.

진공 챔버 안에 배치되는 센서 블록에는 QCM(Quartz Crystal Microbalance) 헤드와 센서 어레이가 들어가고, 이는 BNC 케이블에 연결되어 진공 챔버 밖에 있는 오실레이터를 거쳐 DAQ(Data Acquisition)에 연결된다. 센서 블록 안에는 다수의 센서를 마치 권총의 총알을 장전하듯 배열하여 놓고, 하나의 센서로 일정 시간 측정한 후, 헤드를 한 칸 회전시켜 다음번에 있던 센서를 이용하여 측정하게 함으로써 오랜 시간 증착율을 측정할 수 있게 구성한다. 또한, 센서 전방에 쵸퍼를 두고 이를 회전시켜 센서에 증착되는 증발물을 양을 일정비율로 줄이고, 상기 쵸퍼 회전수 대비 증착율을 계산하여 본래의 증착율을 환산측정함으로써 증착율 센서의 수명을 더욱 길게 연장시킨다. 그에 따라 센서 헤드 회전 시간과 회전량 및 쵸퍼 회전 속도 등을 자동제어할 수 있는 프로그래밍 된 제어 보드와 이들의 제어와 연관하여 증착율을 계산해 낼 프로그래밍 된 연산 모듈이 필요하게 된다. 즉, 제어 모듈을 구성하여야 하는 것이다. The sensor block placed in the vacuum chamber contains a QCM (Quartz Crystal Microbalance) head and sensor array, which is connected to a DAC (Data Acquisition) via an oscillator outside the vacuum chamber connected to a BNC cable. Inside the sensor block, a number of sensors are arranged as if they are loaded like a pistol, measured with a single sensor for a certain period of time, and the head is rotated one turn to measure using the next sensor to measure the deposition rate over a long period of time . Further, the chopper is placed in front of the sensor to rotate the chopper, thereby reducing the amount of evaporated material evaporated on the sensor at a certain rate, calculating the deposition rate relative to the chopper rpm, and measuring the original deposition rate in order to prolong the life of the deposition rate sensor . Accordingly, there is a need for a programmed control module capable of automatically controlling the sensor head rotation time, the rotation amount, and the chopper rotation speed, and a programmed calculation module for calculating the deposition rate in connection with the control thereof. That is, the control module should be constructed.

종래, 센서 모터, 쵸퍼 모터, 광센서원점확인유닛 등은 각각 챔버 외부의 PLC(Program Logic Controller)에 제어 모듈을 내장하게 함으로써, 외부 PLC에서 상기 필수 소자들에 이르는 배선은 최소 12개가 되며, 센서 기능을 추가하면 배선 수는 20개로 늘어난다(도 1 참조). 센서의 BNC 케이블은 오실레이터까지 3m이내가 되어 신호신뢰도를 갖는 것으로 알려져 있으며, 모터 및 기타 소자와의 배선도 수m에서 신호신뢰도를 갖는다. 장비가 대면적화 되면서, 배선의 길이는 길어지고 있다. Conventionally, a sensor module, a chopper motor, an optical sensor origin confirmation unit, and the like each incorporate a control module in a PLC (Program Logic Controller) outside the chamber, so that the number of wiring lines from the external PLC to the above- When the function is added, the number of wires is increased to 20 (see FIG. 1). The BNC cable of the sensor is known to have signal reliability within 3m to the oscillator, and the wiring to the motor and other devices has signal reliability at several meters. As the equipment becomes larger, the length of the wiring becomes longer.

이와 같은 다수의 배선은 배선 길이의 제한과 설치상 공간상의 제약으로 추가적인 장치를 설치할 경우, 진공 챔버의 진공안정성을 해할 우려가 있고, 배선 길이가 길어짐에 따라 신호대잡음비가 낮아져 데이터 오류 발생이 늘어 증착율 측정의 정밀도를 나쁘게 한다. 광케이블은 배선 길이가 길어짐에 따라 파손의 위험도가 크다. 또한 다수의 배선은 센서 설치 및 구성 시 많은 시간과 번거로움을 발생시키며, 외부에 놓여지는 PLC에는 모든 소자의 구동과 연산 등의 전체 제어 모듈이 모두 구성되어 프로그래밍 부하가 커지는 문제도 있다.In the case of such a plurality of wirings, there is a risk that the vacuum stability of the vacuum chamber may be deteriorated when an additional device is installed due to limitations on the wiring length and the space on the mounting space. As the wiring length becomes longer, the signal- The accuracy of the measurement is deteriorated. As the wiring length becomes longer, the risk of breakage is great. In addition, a large number of wires cause a lot of time and troubles in the installation and configuration of the sensor, and there is also a problem that the PLC placed in the outside has a large programming load because all the control modules such as driving and calculation of all devices are configured.

따라서 본 발명의 목적은 증발원의 증착율을 측정할 수 있으면서 배선이 간소화되어, 제어장치의 구성이 용이한 새로운 구성의 증착율 센서를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a deposition rate sensor of a new construction which is capable of measuring the deposition rate of an evaporation source while simplifying the wiring and facilitating the construction of the control device.

그에 따라 본 발명은, 증착율 센서와 이를 구동하는 모터, 각종 센서, 오실레이터, 각종 제어 모듈을 통신 모듈과 더불어 진공 챔버 안에 센서 블록으로 일체화한 제어모듈 일체형 증착율 센서를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a control module integrated deposition rate sensor in which a deposition rate sensor, a motor for driving the deposition rate sensor, various sensors, an oscillator, and various control modules are integrated together with a communication module in a vacuum chamber in a sensor block.

본 발명의 제어모듈 일체형 증착률 센서에 따르면, 증착율 측정에 필요한 센서와 각종 제어회로 모듈을 모두 진공 챔버 내부의 센서 블록에 넣어 배치하고 진공 챔버 외부에 하나의 외부제어장치(컴퓨터)를 두고 이를 통해 센서 블록 내 회로를 제어하게 하므로, 진공 챔버 외부로 나오는 배선은 하나 또는 둘 정도로 간소화되는 장점이 있다.According to the control module integrated deposition rate sensor of the present invention, both the sensor and the various control circuit modules necessary for the deposition rate measurement are placed in the sensor block inside the vacuum chamber, and one external control device (computer) is placed outside the vacuum chamber Since the circuit in the sensor block is controlled, the wiring to the outside of the vacuum chamber is advantageously simplified to one or two.

도 1은 종래 증착율 센서 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 2는 본 발명의 증착율 센서 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 3은 본 발명의 증착율 센서 구성을 보여주는 투명 사시도 이다.
1 is a schematic block diagram showing a conventional deposition rate sensor configuration.
2 is a schematic block diagram showing the deposition rate sensor configuration of the present invention.
3 is a transparent perspective view showing the deposition rate sensor configuration of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

증착율 센서는 크리스탈 진동자들을 원통형 QCM 헤드에 일정 간격으로 배치하여 센서어레이를 이루며, 이 센서어레이는 일종의 증착율 센서 모듈이 된다. 즉, 센서어레이 중 하나의 크리스탈 진동자를 이용하여 증착율을 측정한 후, QCM 헤드를 한 간격씩 회전시켜 새로운 크리스탈 진동자를 이용하는 식으로 구동된다. 이는 장시간 증착이 실시되므로 하나의 크리스탈 진동자만으로는 공정 내내 증착율을 측정하게 하기 어렵기 때문이다. 또한, 증착율 센서 모듈에는 쵸퍼를 추가하는 것이 바람직하며, 쵸퍼의 역할은 크리스탈 진동자에 증발물이 증착되는 속도를 일정하게 감속시켜 센서 사용시간을 연장시킨다. The deposition rate sensor constitutes a sensor array by disposing crystal vibrators at regular intervals on a cylindrical QCM head, and this sensor array becomes a deposition rate sensor module of a kind. That is, the deposition rate is measured using a crystal oscillator of one of the sensor arrays, and the QCM head is rotated at intervals to drive a new crystal oscillator. This is because it is difficult to measure the deposition rate throughout the process by using only one crystal oscillator because the deposition is performed for a long time. Further, it is preferable to add a chopper to the deposition rate sensor module, and the role of the chopper is to slow down the rate at which the evaporation material is deposited on the crystal oscillator to be constant, thereby extending the sensor usage time.

증착율 센서 어레이가 배열된 QCM 헤드를 구동하는 센서 모터와 쵸퍼 모터, 광센서 원점확인장치, 센서 모터 인코더, 쵸퍼 모터 인코더 및 온도센서를 센서 블록 안에 구성하고, 이들의 동작을 제어하는 센서 모터 드라이버, 쵸퍼 모터 드라이버, 광센서 앰프 회로, 인코더 회로, 온도센서 회로 등을 센서 블록 내에 구성한다. A sensor motor driver for constituting a sensor motor and a chopper motor, an optical sensor origin confirmation device, a sensor motor encoder, a chopper motor encoder and a temperature sensor in a sensor block for driving a QCM head in which deposition rate sensor arrays are arranged, A chopper motor driver, an optical sensor amplifier circuit, an encoder circuit, and a temperature sensor circuit in the sensor block.

또한, 센서 블록 내에는 기존에 챔버 외부에 배치했던 오실레이터, DAQ 모듈, QCM 컨트롤러, PLC 관련회로도 배치하고, 여기에 통신모듈을 설치함으로써 유/무선 통신을 이용하여 각종 모듈의 제어를 하게 된다. 상기 통신모듈은 이더넷과 같은 방식의 네트워크 시스템으로 구성될 수 있으며, 유선으로 챔버 바깥에 있는 컨트롤장치의 중앙처리장치에 연결되게 구성한다. In the sensor block, an oscillator, a DAQ module, a QCM controller, and a PLC-related circuit previously disposed outside the chamber are arranged, and a communication module is provided to control the various modules using wired / wireless communication. The communication module may be configured as a network system in the same manner as the Ethernet, and is configured to be connected to a central processing unit of a control device outside the chamber by wire.

QCM 센서와 오실레이터 및 QCM 컨트롤러의 연결에서, 오실레이터는 센서블록 안에 설치하고, QCM 컨트롤러는 기능상 일부를 센서블록 내에 그리고 또 다른 일부는 진공 챔버 외부에 설치하여, 하나의 배선이 외부로 연장되게 하였다. 그러나 이는 상용화된 컨트롤러 종류에 따라 전부를 센서 블록 안에 두거나 전부를 챔버 외부에 두는 식으로 구성하게 되어 일종의 선택사항이 될 수 있다. In the connection between the QCM sensor and the oscillator and the QCM controller, the oscillator is installed in the sensor block, and the QCM controller is installed in the sensor block and the other part in the vacuum chamber. However, this can be a kind of option because it can be configured in the sensor block or all outside the chamber according to the commercialized controller type.

따라서 상기와 같이, 중앙처리장치와 QCM 컨트롤러 일부기능을 챔버 외부에 설치하고, 그외 모든 회로 구성을 모두 챔버 안에 들어가는 센서 블록 안에 내장시킴으로써 챔버 외부로 나오는 배선은 2개로 줄어들어 설치상 매우 간단하게 된다. QCM 컨트롤러 전부가 센서 블록 내부에 설치될 경우 전체 배선은 1개로 구성될 수 있어 매우 간소화된다. Therefore, as described above, the central processing unit and the QCM controller are installed outside the chamber, and all the other circuit configurations are integrated in the sensor block incorporated in the chamber. When the entire QCM controller is installed inside the sensor block, the entire wiring can be composed of one, which is very simple.

본 발명은, 설치상의 간소화뿐만 아니라, 구동모터 제어부와 오실레이터가 센서블록 내에 설치되어 구동모터 및 QCM과의 거리가 짧아져 노이즈가 줄어들기 때문에 매우 정확한 제어가 가능하고, 정확한 신호 값을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 센서블록 안에 기능상 필요로 하는 센서를 추가하고 해당 센서의 제어모듈을 역시 센서블록 안에 구성하여 전체적인 성능을 보완할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 온도 센서와 그 제어모듈을 추가하여 성능을 향상시켰다. 증착율 센서는 QCM부의 온도가 높으면, 신호값이 부정확해진다.The present invention is not only simplified in installation but also provided with a driving motor control unit and an oscillator provided in a sensor block to shorten the distance between the driving motor and the QCM to reduce noise, There are advantages. In addition, a functionally required sensor is added to the sensor block, and the control module of the sensor is also configured in the sensor block, thereby improving the overall performance. In this embodiment, the temperature sensor and its control module are added to improve performance. When the temperature of the QCM section is high, the deposition rate sensor becomes inaccurate.

즉, 크리스탈 진동자로 구성한 센서는 본질적으로 온도에 민감한데 증발원으로부터 센서부가 가열되면 노이즈가 심해져 센서 측정치(센서 값)는 에러가 증가한다. 정확한 정보를 얻기 위해서는 센서 주변을 냉각장치로 냉각시켜야 하며, 바로 해당 지역에 온도센서를 배치하여 그 온도정보와 센서 값을 비교하여 센서 값의 신뢰도를 확보하거나 온도정보를 활용하여 실시간으로 냉각장치의 동작을 제어하거나, QCM 센서 값을 보정 할 수 있다. 냉각장치로는 냉각수선, 냉각펜, 냉각용 에어, 방열판 설치 등이 활용될 수 있다. 온도 센서를 통해 냉각장치 이상이나 센서 이상을 감지할 수 있다. In other words, a sensor composed of a crystal oscillator is inherently temperature-sensitive. When the sensor unit is heated from the evaporation source, the noise increases and the sensor measurement value (sensor value) increases. In order to obtain accurate information, it is necessary to cool the periphery of the sensor with a cooling device, and a temperature sensor is disposed in the corresponding region, and the reliability of the sensor value is secured by comparing the temperature information with the sensor value. Control the operation, or correct the QCM sensor value. Cooling devices such as cooling water, cooling pens, air for cooling, and heat sink installation can be utilized. A temperature sensor can be used to detect a cooling device error or sensor error.

한편, 센서 블록을 구성하는 전체 회로기판에는 통신선을 이용하여 전원을 공급하거나 건전지를 이용할 수 있다. 냉각수선과 공압, 전원공급을 챔버 내의 다른 부분을 통해 공급하게 되면, 회로기판에서 나오는 배선은 총 1개로 유지될 수 있다. 여기서 전원을 건전지를 이용하거나, 챔버내의 전원공급장치를 활용하고, 통신모듈이 외부 중앙처리장치와도 무선을 이용하면 전체적으로 배선이 나올 필요가 없는 완전한 독립된 센서 블록이 된다. On the other hand, power can be supplied to the entire circuit board constituting the sensor block using a communication line or a battery can be used. When the cooling water line, the pneumatic, and the power supply are supplied through the other part of the chamber, the wiring from the circuit board can be kept at a total of one. In this case, it is a completely independent sensor block that does not require wiring as a whole if the power source is a battery, a power supply in the chamber is utilized, and a communication module is wireless with an external central processing unit.

또한, 기존에는, 광센서로 QCM 헤드와 초퍼 회전체의 원점위치만 확인할 수 있었으나, 본 실시예는, 센서 모터 인코더, 쵸퍼 모터 인코더를 구성하고 제어모듈에 인코더 모듈을 구성하여 회전체의 정확한 위치를 모니터링하고 조절할 수 있게 하였다. 제어모듈에는 센서신호를 처리하는 오실레이터, QCM 컨트롤러와 PLC가 지니고 있는 연산 가능한 기능을 추가로 설치한다.In the past, only the origin positions of the QCM head and the chopper rotation body could be confirmed by the optical sensor. However, in this embodiment, the sensor motor encoder and the chopper motor encoder are constituted and the encoder module is formed in the control module, To be monitored and controlled. The control module is equipped with an oscillator that processes the sensor signal, a QCM controller, and computable functions that the PLC has.

상기와 같은 본 발명은 기존 PLC가 QCM센서를 제어하고 정보를 갖고 오는 형태가 아니라, 내부 제어모듈에서 PLC의 정보를 가져와 처리하고, 생성된 정보를 PLC에 송신하는 능동형으로 메인 PLC의 프로그램의 부하를 줄여 좀 더 안정된 시스템을 갖추게 된다. 즉, 종래, PLC에 QCM센서 제어, 쵸퍼 모터 제어 등 모든 제어 프로그램을 보유시켜 증착율 측정에 대해 모든 동작을 제어하는 것이 아니라 PLC에는 제어동작에 필요한 플로우 챠트 수준의 프로그램이 구비되고, 내부 제어모듈에 실제 제어 단계에서 필요로 하는 연산 기능 및 그에 따른 모터 등의 구동 제어프로그램 등을 구비시켜 운용되게 한 것이다.
The present invention as described above is an active type in which the existing PLC controls the QCM sensor and takes information of the PLC from the internal control module and processes the information and transmits the generated information to the PLC, And a more stable system is obtained. That is, conventionally, all the control programs such as the QCM sensor control and the chopper motor control are held in the PLC to control not all the operations for the deposition rate measurement but the PLC has the flowchart level program necessary for the control operation, An operation function required in an actual control step and a drive control program such as a motor corresponding thereto are provided and operated.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

도면 부호 없음.No reference symbol.

Claims (3)

진공 챔버 안에 배치되는 센서 블록은, 증착율 센서와 상기 증착율 센서 제어에 필요한 증착율 센서 제어모듈 및 오실레이터를 포함하며,
상기 증착율 센서 제어모듈은 PLC(Program Logic Controller) 관련회로를 포함하여 연산기능 및 모터 구동 프로그램을 진공 챔버 내에서 처리하는 것을 특징으로 하는 제어모듈 일체형 증착율 센서.
The sensor block disposed in the vacuum chamber includes a deposition rate sensor and a deposition rate sensor control module and an oscillator necessary for the deposition rate sensor control,
Wherein the deposition rate sensor control module includes a PLC (Program Logic Controller) related circuit and processes the calculation function and the motor drive program in a vacuum chamber.
제1항에 있어서, 상기 증착율 센서는 다수의 센서 어레이가 배열된 QCM(Quartz Crystal Microbalance) 헤드를 포함하고, 연산 기능을 포함한 구동 프로그램을 구비한 것을 특징으로 하는 제어모듈 일체형 증착율 센서. The control module integrated deposition rate sensor according to claim 1, wherein the deposition rate sensor includes a QCM (Quartz Crystal Microbalance) head having a plurality of sensor arrays arranged therein, and a drive program including a calculation function. 제1항에 있어서, 상기 센서 블록은 통신 모듈을 더 포함하여, 상기 센서 블록 내부의 제어 모듈은 상기 통신 모듈과 소통하고, 상기 통신 모듈은 유선 또는 무선으로 진공 챔버 외부에 있는 중앙처리장치에 접속되는 것을 특징으로 하는 제어모듈 일체형 증착율 센서.
2. The apparatus of claim 1, wherein the sensor block further comprises a communication module, wherein a control module in the sensor block communicates with the communication module, and the communication module is connected to a central processing unit And a control module integrated type deposition rate sensor.
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