KR101470729B1 - 선형 증착율 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체, 디스플레이, 조명, 태양전지 등을 대면적으로 제조하는 공정에 사용되는 선형증발원의 전체 길이에 대한 증착율을 측정하는 증착율 센서에 관한 것으로, 길이가 긴 선형증발원 또는 선형배열을 갖는 증발원군 단부뿐만 아니라 중심부 등 전체에 대하여 증착율을 측정할 수 있는 새로운 구성의 증착율 센서를 제공하고자 하는 것이다.
그에 따라 본 발명은, 세 개 이상의 증착율 센서를 포함한 센서 어레이를 트레이에 탑재하여 선형증발원을 가동시킨 상태에서 상기 트레이를 선형증발원이 가동되는 챔버 안으로 이송하여 선형증발원에 의한 증착율을 검출측정하는 증착율 센서를 제공한다.

Description

선형 증착율 센서{LINEAR TYPE DEPOSITION RATE SENSOR}

본 발명은 반도체, LCD, OLED 디스플레이, 조명, 태양전지 등을 대면적으로 제조하는 공정에 사용되는 선형증발원 또는 선형배열을 갖는 증발원군의 전체 길이에 대한 증착율을 측정하는 증착율 센서에 관한 것이다.

반도체 또는 디스플레이 소자 제조는 생산성을 위해 점점 더 대면적화된 기판을 사용하고 있고, 그에 따라 길이가 긴 선형증발원을 이용하여 기판에 박막을 증착하고 있다. 선형증발원의 길이도 기판의 대면적화에 맞추어 점점 더 길어져 2 m 정도에 이른다. 따라서, 길이가 긴 선형증발원으로부터 분출되는 증발물의 분포가 선형증발원의 지점마다 달라질 경우, 증착되는 박막의 균일도는 떨어질 수밖에 없다. 그에 따라 박막의 균일도를 달성하기 위하여 선형증발원의 위치에 따른 증착율을 측정하여 증발원 사용 증착공정에 반영할 필요가 있다.

종래, 선형증발원에 대한 증착율 센서는 도 1에서와 같이 구성되어왔다.

즉, 선형증발원의 양단부에 크리스탈 진동자로 된 증착율 센서를 배치하여 양단부에서 증착율의 차이가 있는지 여부를 측정하여 그 결과를 바탕으로 선형증발원의 증착율을 제어하면서 증착공정을 실시하여 온 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래 증착율 센서 구성은 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 길이가 길어진 선형증발원과 대면적 기판에 대한 증착율의 측정은 양단부에서 일어나는 단부 효과가 대칭분포를 갖는 가우스 분포를 이루는 경우가 대부분으로 양단부에 설치한 증착율 센서로는 실제로 기판 중앙, 즉, 선형증발원의 중심부와 단부간의 증착율 차이가 있는지 여부를 전혀 측정할 수 없어 대면적 기판에 대한 박막 균일도를 종래 증착율 센서 구성으로는 확보하기 어려운 상태이다.

따라서 본 발명의 목적은 대면적 기판을 위한 길이가 긴 선형증발원 전체에 대하여 증착율을 측정할 수 있는 새로운 구성의 증착율 센서를 제공하고자 하는 것이다.

그에 따라 본 발명은 선형증발원의 양단부뿐만 아니라 중심부에도 증착율 센서를 배열하여 대면적 기판의 전면에 걸쳐 균일한 박막을 증착할 수 있게 하는 선형증발원용 증착율 센서를 제공한다.

즉, 본 발명은, 세 개 이상의 증착율 센서를 선형증발원의 양단부와 중심부에 배치하여 선형증발원에 의한 증착율을 검출하는 것을 특징으로 하는 선형증발원용 증착율 센서를 제공한다.

또한, 본 발명은, 세 개 이상의 증착율 센서를 포함한 센서 어레이를 트레이에 탑재하여 선형증발원을 가동시킨 상태에서 상기 트레이를 선형증발원이 가동되는 챔버 안으로 이송하여 선형증발원에 의한 증착율을 검출하는 것을 특징으로 하는 선형증발원용 증착율 센서를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 세 개 이상의 증착율 센서를 포함한 센서 어레이의 각각의 센서들은 각각의 제어 보드에 연결되고, 각각의 제어 보드들은 서로 접속되어 하나의 통신 포트를 통해 전체 센서의 증착율 측정 결과를 전송하는 것을 특징으로 하는 선형증발원용 증착율 센서를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 제어 보드는 서로 교신하여 각 센서의 증착율 측정 결과를 비교하고, 평균에서 벗어나는 결과를 나타낸 센서의 위치에 해당하는 선형증발원의 해당 가열체의 전원을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형증발원용 증착율 센서를 제공한다.

본 발명의 증착률 센서에 따르면, 대면적 기판에 사용하는 길이가 긴 선형증발원 또는 선형배열을 갖는 증발원군의 전체적인 증착율을 측정할 수 있어 그 결과를 피드백으로 하여 선형증발원 또는 선형배열을 갖는 증발원군의 증착율을 균일하게 제어함으로써 대면적 기판에 균일한 박막을 제작할 수 있다.

도 1은 종래 증착율 센서 구성을 나타내는 개요도이다.
도 2는 본 발명의 증착율 센서를 어레이 형태로 구성한 것을 나타내는 사시도 이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

선형증발원의 증발물 분사율은 곧 진공 챔버 안에서 실시되는 증착공정의 증착율과 같다. 길이가 2 m정도 되는 선형증발원은 전 길이에 대하여 동일한 증착율을 나타내야만 대면적 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있으나, 실제 하나의 노즐의 증발물이 가우스 분포를 이루어 단부 효과(egde effect)가 발생하기도 하고, 선형증발원의 가열부(히터)가 지점마다 다른 발열량을 나타낼 수 있어, 그에 따라 증착율이 달라지기도 한다. 따라서 본 실시예에서는 적어도 3 개의 증착율 센서(100)를 이용하여 선형증발원의 양단부뿐만 아니라 중심부에도 증착율 센서(100)를 배치하여 선형증발원 전반에 걸쳐 증착율을 측정하도록 하였다.

증착율 센서의 크리스탈 진동자로부터 증착율을 측정하기 위해서는 일반 회로적으로 크리스탈 진동자, 오실레이터, 오실레이터 컨트롤러로 구성되고, 크리스탈 진동자는 증착율 센서 내에 구성되어 챔버 내에 설치되고, 오실레이터와 오실레이터 컨트롤러는 외부 제어부에 설치된다. 따라서, 증착 센서 어레이를 구성하는 오실레이터와 연결하기 위해서는 증착율 센서의 개수만큼 오실레이터가 필요하고 그 개수만큼 배선이 필요하여, 많은 수의 배선이 필요하여, 설치 상에 어려움이 있다. 또한, 신호 대 잡음비를 최소로 하고 신호 신뢰도를 확보하기 위해, 증착율 센서와 오실레이터의 배선길이를 3m 이내로 하는 것이 일반적인데, 선형증발원이 2m를 넘으면, 상기 배선길이의 제한을 쉽게 초과하게 된다.

크리스탈 진동자로 된 증착율 센서는 각각의 점 센서로 구성할 수도 있으나, 장시간 증착이 실시되므로 하나의 크리스탈 진동자만으로는 공정 내내 증착율을 측정하게 하기 어렵기 때문에 여러 개의 점 크리스탈 진동자를 마치 리볼버에 탄약과 같이 장전하여 진동자의 센싱 능력이 소모되면 헤드가 돌아가 다른 점 센서로 증착율을 측정하게 하는 크리스탈 센서 어레이를 구성하여 설치할 수 있다. 리볼버 형태의 센서는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2012-0047161호에 기재된 제어모듈 일체형 증착율 센서에서 설명되어 있고, 센서를 구조적 및 회로적으로 연속하게 연결하여, 선형 센서 어레이를 구성할 수 있다.

따라서, 증발율 센서 어레이는 도 2에서와 같이 다수의 센서로 구성할 수 있으며, 하나의 센서(100) 마다 하나의 오실레이터를 포함하는 제어 보드(200)를 구비하고, 제어 보드(200) 상호 간에 교신(communication)이 가능하도록 제어 보드(200)들은 회로 또는 통신 포트를 통해 연결하고, 필요에 따라 주 제어보드를 선정하여 설치하고, 이더넷을 이용하면, 외부로의 배선을 간소할 수 있다. 무선 통신 또한 가능하다.

여러 개의 제어 보드를 서로 연결하지 않고 개별적으로 선형증발원의 제어 시스템을 구성할 경우, 많은 수의 케이블과 복잡한 시스템 구성이 되므로 상기와 같은 제어 보드 간 접속은 실질상 구현에 매우 유리하다.

일반적으로 증착율 결과는 외부 증착율 연산장치를 별도로 구비하여 증착율 센서의 신호를 받아 연산을 통해 산출된다. 본 발명의 센서를 이용할 경우 각 센서에 하나의 증착율 연산장치를 구비하여야 하고, 각 연산장치를 연동시키는 별도의 장치가 필요하다. 일반적으로 PLC를 활용하여 연동시킨다. 상기 특허출원(제어모듈 일체형 증착율 센서)의 기능을 활용하여, 제어 보드에 연산기능을 포함시키고, 각 센서의 증착율을 통합하는 기능을 추가하면, 외부의 증착율 연산장치의 기능을 대체하여, 연동장치의 부하를 줄일 수 있다.

이러한 기능을 포함하는 제어보드에 센서(100)의 증착율 측정 결과를 기록/재생할 수 있게 하며, 각 센서(100)의 증착율 측정 결과는 해당 센서(100)가 접속된 제어 보드(200)에 기록되고, 다른 제어 보드(200)에도 전송되어 증착율 데이터들은 서로 비교될 수 있다. 기록된 증착율 데이터의 평균치를 산출하고, 이로부터 소정의 허용오차 한계를 넘어서는 증착율을 나타내는 센서에 대하여는 해당 선형증발원의 가열부의 가열체에 인가되는 전원을 즉석 제어하는 제어 모듈을 설치하여 선형증발원의 증착율을 균일하게 할 수 있다.

상기의 경우, 선형증발원의 가열부는 여러 개의 가열체에 인가되는 전원을 개별적으로 제어할 수 있는 구성을 요한다. 가열체들을 별도의 전원으로 가열하고 가열체들을 조립식으로 구성하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2012-0047161호에 기재된 조립식 노즐을 이용하여 노즐을 교체하는 방식을 병합시켜 선형증발원의 증착율을 제어할 수 있다. 이에 대한 노즐 또는 노즐 블록의 교체 조절은 상기 출원 내용에 따르며 본 명세서에서는 그 상세한 기재를 생략한다. 상기 출원에서는 물질 충진부와 물질 분사부가 결합 된 선형 증발원에 있어서, 상기 물질 분사부는 다수의 노즐을 포함하되, 각각의 노즐은 교체 가능한 조립식으로 구성되며, 박막 균일도를 이루기 위해 증착 공정 결과를 피드백으로 하여 전부 또는 일부의 증발관 노즐을 교체할 수 있는 선형 증발원을 기재하며, 증발관 노즐의 교체에 따라, 노즐의 내경, 단면형상 또는 높이 중 하나 이상의 변수를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 기재한다.

선형증발원 센서를 선형 또는 판 형태로 배열하고, 기판이송 장치에 기판대신 이송시키면서, 모든 증착원의 정보를 실시간으로 수집이 가능하다. 이 증발율 센서 어레이는 이동을 위해서, 외부와의 연결이 없어야 한다. 필요한 제어모듈은 본 특허의 설명에 의해 어레이 내부에 설치가 가능하고, 무선통신을 이용하면, 구현이 가능하다.

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.

100: 센서
200: 제어 보드
300: 증착율 센서 어레이

Claims (4)

1. 세 개 이상의 증착율 센서를 선형증발원의 양단부와 중심부에 배치하여 선형증발원 또는 선형배열 증발군에 의한 증착율을 검출하되, 세 개 이상의 증착율 센서를 포함한 센서 어레이를 기판 탑재용 기판이송장치에 탑재하여 선형증발원 또는 선형배열 증발군을 가동시킨 상태에서 상기 기판이송장치를 선형증발원이 가동되는 챔버 안으로 이송하여 선형증발원에 의한 증착율을 검출하며,
   상기 센서 어레이는 각각의 센서마다 하나의 오실레이터를 구비한 제어 보드를 각각 구비하여, 각각의 센서들은 각각의 제어 보드에 연결되고, 제어 보드 상호 간에 교신(communication)이 가능하도록 제어 보드들은 회로 또는 통신 포트를 통해 연결되어, 상기 제어 보드들은 서로 교신(communication)하여 각 센서의 증착율 측정 결과를 비교하고, 평균에서 벗어나는 결과를 나타낸 센서의 위치에 해당하는 선형증발원 또는 선형배열 증발원군의 해당 가열체의 전원을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증착율 센서.
2. 세 개 이상의 증착율 센서를 선형증발원의 양단부와 중심부에 배치하여 선형증발원 또는 선형배열 증발군에 의한 증착율을 검출하되, 세 개 이상의 증착율 센서를 포함한 센서 어레이를 기판 탑재용 기판이송장치에 탑재하여 선형증발원 또는 선형배열 증발군을 가동시킨 상태에서 상기 기판이송장치를 선형증발원이 가동되는 챔버 안으로 이송하여 선형증발원에 의한 증착율을 검출하며,
   상기 센서 어레이는 각각의 센서마다 하나의 오실레이터를 구비한 제어 보드를 각각 구비하여, 각각의 센서들은 각각의 제어 보드에 연결되고, 제어 보드 상호 간에 교신(communication)이 가능하도록 제어 보드들은 회로 또는 통신 포트를 통해 연결되어, 상기 제어 보드들은 서로 교신(communication)하여 각 센서의 증착율 측정 결과를 비교하고, 평균에서 벗어나는 결과를 나타낸 센서의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 선형 증착율 센서.
3. 세 개 이상의 증착율 센서를 선형증발원의 양단부와 중심부에 배치하여 선형증발원 또는 선형배열 증발군에 의한 증착율을 검출하되, 세 개 이상의 증착율 센서를 포함한 센서 어레이를 기판 탑재용 기판이송장치에 탑재하여 선형증발원 또는 선형배열 증발군을 가동시킨 상태에서 상기 기판이송장치를 선형증발원이 가동되는 챔버 안으로 이송하여 선형증발원에 의한 증착율을 검출하며,
   상기 센서 어레이는 각각의 센서마다 하나의 오실레이터를 구비한 제어 보드를 각각 구비하여, 각각의 센서들은 각각의 제어 보드에 연결되고,
   각각의 제어 보드들은 주 제어 보드와 서로 접속되어 하나의 통신 포트를 통해 전체 센서의 증착율 측정 결과를 챔버 외부로 전송하여 챔버 외부로의 유선 또는 무선의 전송선을 간소화한 것을 특징으로 하는 선형증착율 센서.
   
   
4. 삭제

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