KR20080045974A

KR20080045974A - 박막 증착장치 및 박막 증착방법

Info

Publication number: KR20080045974A
Application number: KR1020060115313A
Authority: KR
Inventors: 박창모; 정진구; 이주현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-05-26
Also published as: US20080118630A1; US20130115366A1

Abstract

본 발명은 기판에 증착되는 박막의 두께 및 증발원에 남아 있는 증착물질의 양을 실시간으로 파악하여 증착 완료 시기 및 증발원 교체 시기를 정확하게 알 수 있는 박막 증착장치 및 박막 증착방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 박막 증착장치는, 진공챔버; 상기 진공 챔버의 내부 상측에 배치되어 기판을 고정하는 기판 홀더; 상기 진공 챔버의 내부 하측에 배치되어 증착 물질을 증발시키는 증발원; 상기 증발원에서 증발된 증착 물질을 차단하는 증발원 셔터; 상기 진공 챔버 내부에 장착되어 증착되는 증착 물질의 두께를 감지하는 센서;와 상기 센서로부터 감지된 데이타를 이용하여 상기 증발원 셔터에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 계산부;를 포함한다.

Description

박막 증착장치 및 박막 증착방법{APPARATUS FOR FORMING THIN LAYER AND METHOD FOR FORMING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원 및 증발원 셔터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셔터 플레이트에 증착물질이 증착된 상태를 도시하는 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 수단의 구조를 도시하는 부분 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서에 증착되는 증착물질의 양을 시간에 따라 도시한 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치

10 : 진공 챔버 20 : 기판 홀더

30 : 증발원 32 : 도가니

34 : 가열부 36 : 증착물질

38 : 증발원 장착 플레이트 40 : 증발원 셔터

42 : 셔터 플레이트 44 : 셔터 구동수단

50 : 센서 60 : 계산부

70 : 알람 수단 39 : 보조 알람수단

S : 기판

본 발명은 박막 증착장치 및 박막 증착방법에 관한 것으로서, 특히 기판에 증착되는 박막의 두께 및 증발원에 남아 있는 증착물질의 양을 실시간으로 파악하여 증착 완료 시기 및 증발원 교체 시기를 정확하게 알 수 있는 박막 증착장치 및 박막 증착방법에 관한 것이다.

LCD나 OLED 와 같은 평판표시 장치 제조과정에서는 유리와 같은 절연 기판에 다양한 박막을 증착한다. 특히, OLED 제조과정에서는 LCD와 달리 유기물을 증발시키고, 이렇게 증발된 유기물을 기판에 증착하는 방식의 박막 증착장치를 사용한다.

이러한 박막 증착장치는 내부에 진공 형성이 가능한 진공 챔버와, 이 진공 챔버 내부에 배치되어 기판을 고정하는 기판 홀더, 그리고 상기 기판 홀더 하측에 배치되어 기판에 증착될 증착물질을 증발시키는 증발원을 구비한다. 이때 이 증발 원에는 증발되는 증착물질을 단속하기 위한 증발원 셔터가 구비된다. 이 증발원 셔터는 예열 과정이나 기판 준비 과정에서는 상기 증발원 입구를 패쇄하여 증착물질이 진공 챔버 내부로 확산되지 못하도록 하고, 기판에 박막을 증착하는 과정에서는 증발원 입구를 개방하여 증착물질이 진공 챔버 내부로 확산되어 기판에 증착되도록 한다.

이러한 박막 증착장치에서는 증발원에 채워질 수 있는 증착물질의 양이 한정적이므로, 반복적인 사용에 의하여 증발원에 채워진 증착물질이 소모된다. 따라서 증발원에 남아 있는 증착물질의 양이 하나의 기판을 처리하기에 충분하지 않은 양인 경우에는 증발원을 교체하여 새로운 증발원을 사용하여야 한다. 만약 기판 처리 중에 증착물질이 모두 소진되는 경우에는 처리 중인 기판은 불량으로 처리되는 문제가 있다.

한편 증발원 셔터에는 증발원 입구를 패쇄하는 과정에서 증착물질 계속하여 증착된다. 이렇게 증발원 셔터에 증착되는 물질이 계속 성장하여 과도한 경우에는, 증발원 셔터로부터 증착 물질이 떨어져 나와서 증발원 내부 및 그 주변을 오염시킨다. 따라서 증발원 셔터에 증착되는 증착물질이 일정한 양을 초과하는 경우에는 이를 제거하는 작업이 요구된다.

이렇게 증발원의 교체나 증발원 셔터의 청소를 위한 박막 증착장치에 대한 유지 보수 작업이 주기적으로 요구되는데, 종래에는 정확한 작업 시기를 확정할 수 없어서, 박막 증착 과정 중에 증착물질이 부족하거나, 증발원 셔터에 증착된 증착물질에 의하여 증발원이 오염되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 증착물질 소비 상태 및 증착물질 증착 상태를 실시간으로 감지할 수 있는 박막 증착장치 및 박막 증착방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착장치는, 진공챔버; 상기 진공 챔버의 내부 상측에 배치되어 기판을 고정하는 기판 홀더; 상기 진공 챔버의 내부 하측에 배치되어 증착 물질을 증발시키는 증발원; 상기 증발원에서 증발된 증착 물질을 차단하는 증발원 셔터; 상기 진공 챔버 내부에 장착되어 증착되는 물질의 두께를 감지하는 센서;와 상기 센서로부터 감지된 데이타를 이용하여 상기 증발원 셔터에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 계산부;를 포함한다.

상기 센서는 상기 진공 챔버의 측벽에 장착되는 것이, 상기 증착 물질의 기판 방향 확산을 방해하지 않아서 바람직하다.

그리고 상기 계산부는 환산인자를 사용하여 상기 센서에 증착된 증착 물질의 두께로 상기 기판에 증착된 증착 물질의 두께 또는 상기 증발원 셔터에 증착된 증착 물질의 두께 중 적어도 어느 하나를 계산하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 환산 인자는 상기 증발원으로부터의 거리 및 상기 증발원에서 증착 물질이 증발되는 속도에 의하여 결정된다.

또한 상기 계산부에 연결되며, 상기 증발원에 남아 있는 증착 물질의 양이 일정량 이하이면 경보를 발생하는 알람 수단을 더 포함하는 것이, 유지 보수 시기를 정확하게 알 수 있어서 바람직하다.

한편 상기 증발원 셔터는 상기 증발원의 입구를 차단하는 셔터 플레이트;와 상기 셔터 플레이트를 구동하는 셔터 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 셔터 플레이트에는, 상기 센서 방향으로 증발된 증착 물질을 보내는 증착물질 안내부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 증착물질 안내부는, 상기 셔터 플레이트의 상기 센서 측 가장자리에 형성되는 안내홀로 구성될 수 있으며,

상기 안내홀에 연결되며, 상기 센서 방향으로 연장되는 안내관을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 박막 증착장치는 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 측정하는 두께 측정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 두께 측정 수단은, 상기 진공 챔버의 하측에 배치되며, 빛을 이용하여 상기 증착 물질의 두께를 측정하는 광학 측정 수단으로 구성되며, 이 광학 측정 수단은 Ellipsometer인 것이 바람직하다.

한편 상기 셔터 구동수단은 공기압을 이용하여 상기 셔터 플레이트를 구동하는 공압 실린더이고, 상기 두께 측정 수단은 상기 셔터 플레이트의 열리는 시간을 측정하고, 이 시간을 이용하여 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 계산할 수도 있으며,

다른 한편으로는, 상기 셔터 구동수단은 서보 모터(servo motor)이고, 상기 두께 측정 수단은 상기 셔터 플레이트를 열기 위하여 상기 서보 모터에 필요한 토크를 측정하고, 이 토크를 이용하여 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 계산할 수도 있다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착방법은, 기판 홀더에 기판을 장착하는 단계; 증발원의 증착물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 단계; 상기 증착물질의 증발량을 검출하는 단계; 검출된 증발량에 대한 데이터를 사용하여 상기 기판에 증착된 박막 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터에 증착된 박막 두께 중 적어도 어느 하나를 계산하는 단계;를 포함한다.

구체적으로 상기 증발원의 증착물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 단계는, 상기 증발원 셔터로 상기 증발원의 입구를 차단한 상태에서 상기 증발원을 예열하여 상기 증착물질의 온도를 예열 온도로 유지하는 단계; 상기 증발원을 가열하여 증발 온도를 유지하면서 증착 물질을 증발시키는 단계; 상기 증발원 셔터를 개방하여 상기 기판에 증착물질을 증착하는 단계;를 포함한다.

그리고 상기 증발원 셔터로 상기 증발원의 입구를 차단한 상태에서 상기 증발원을 예열하여 상기 증착물질의 온도를 예열 온도로 유지하는 단계에서는, 증발되는 증착 물질의 양을 검출하여 예열 상태를 감시하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이때 검출된 증착 물질의 양이 일정한 값을 초과하는 경우 상기 증발원의 온도를 낮추는 단계를 더 포함하는 것이, 증착물질의 낭비를 막을 수 있어서 바람직 하다.

그리고 상기 계산하는 단계는, 상기 검출된 증발량에 대한 데이터를 이용하여 상기 기판에 증착된 증착물질의 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터에 증착된 박막 두께 중 적어도 어느 하나를 계산할 수 있는 환산 인자를 만드는 단계; 상기 검출된 증발량에 대한 데이터와 상기 환산 인자를 사용하여 상기 기판에 증착된 증착물질의 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터에 증착된 박막 두께 중 적어도 어느 하나를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 환산 인자를 만드는 단계는, 상기 증발원으로부터의 거리와 상기 증발원에서 증착 물질이 증발되는 속도를 고려하여 상기 환산 인자를 만드는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 기판에 증착된 증착물질의 두께에 대한 계산값이 일정한 값을 초과하는 경우 증착 완료 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.

한편 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양에 대한 계산값이 일정한 값보다 작은 경우 증발원 교체 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.

또한 본 발명에 따른 박막 증착방법에서는, 상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계에서는, 상기 증착물질에 빛을 조사하여 증착물질의 두께를 측정하거나,

상기 증발원 셔터에 동일한 힘을 주고, 이동되는 상기 증발원 셔터의 이동속 도를 사용하여 상기 증착물질의 두께를 측정하거나,

상기 증발원 셔터를 이동시키는데 필요한 토크값을 사용하여 상기 증착물질의 두께를 측정한다.

그리고 상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께가 일정한 값을 초과하는 경우 상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질 제거 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저 도 1, 2를 참조하여 본 실시예에 따른 박막 증착장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치의 구조를 도시하는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원 및 증발원 셔터의 구조를 도시하는 단면도이다.

본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(10), 기판 홀더(20), 증발원(30), 증발원 셔터(40), 센서(50) 및 계산부(60)를 포함한다.

먼저 진공 챔버(10)는 그 내부를 진공 상태로 유지할 수 있도록 내부 공간을 외부와 격리할 수 있는 구조를 가진 입방체이다. 이 진공 챔버(10)는 처리되는 기판(S)의 모양에 따라 다양한 형상을 취할 수 있다. 예를 들어 처리되는 기판이 원 형인 경우에는 진공 챔버가 전체적으로 원기둥 형상을 취하며, 처리되는 기판이 직사각형 경우에는 진공 챔버가 전체적으로 직육면서 형상을 취한다. 그리고 이 진공 챔버(10)에는 진공 챔버 내부의 기체를 배출시켜 진공 챔버 내부의 압력을 낮추는 진공 펌프(도면에 미도시)와 진공 챔버(10) 내부로 일정한 기체를 주입하여 진공 챔버(10) 내부의 압력을 높이는 벤팅 수단(도면에 미도시) 등의 부품이 더 구비된다.

다음으로 기판 홀더(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(10)의 내부 상측에 배치된다. 물론 기판 홀더(20)가 진공 챔버(10)의 측벽에 배치될 수도 있다. 그리고 이 기판 홀더(20)에는 처리될 기판(S)이 고정된다. 이 기판 홀더(20)는 기판(S)에 박막을 형성하는 동안에 기판(S)을 안정적으로 고정시키고, 처리가 완료된 후에는 기판(S)을 외부로 배출하여야 하므로 기판을 용이하게 장탈착할 수 있는 구조를 가진다. 예를 들어 클램프와 같은 구조를 가지고 있어서, 기판(S)의 측부를 물 수 있는 구조를 가진다. 이렇게 기판의 측부를 문 상태에서 클램프 사이의 간격을 확장하여 기판의 중앙 부분이 하측으로 처지는 것을 방지한다.

그리고 이 기판 홀더(20)는 기판(S)을 고정한 상태에서 기판을 수평 방향으로 회전시킬 수 있는 구조를 가질 수도 있다. 기판을 특정한 위치에 고정한 상태에서 박막을 증착하는 경우에는 증착 물질의 확산 상태에 따라 기판의 전면에 대하여 균일한 두께의 박막을 얻지 못하는 경우가 있다. 따라서 기판을 회전시키면서 박막을 증착하는 것이다. 이를 위하여 상기 기판 홀더(20)의 중심축(22)을 회전 중심으로 하여 기판 홀더(20)가 회전할 할 수 있는 구조를 가지는 것이다.

증발원(30)은 그 내부에 일정한 량의 증착 물질을 보유하고 있으면서 일정한 속도로 증착 물질을 증발시키는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 증발원(30)이 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(20)의 반대 방향인 진공 챔버(10)의 하측에 배치된다. 따라서 상기 증발원(30)에서 증발되는 증착물질은 상측으로 확산되어 기판(S)에 증착되는 것이다.

이렇게 증착물질을 보유한 상태에서 일정한 속도로 증착물질을 증발시키기 위하여 이 증발원(30)은, 도가니(32)와 가열부(34)를 구비한다. 먼저 도가니(32)는 일정한 양의 증착물질을 보유할 수 있는 용기이다. 따라서 이 도가니(32)는 증착 물질과 반응하지 않는 화학적으로 안정한 물질로 이루어지며, 가열부(34)에 의하여 전달되는 열에 견딜 수 있도록 열적으로 안정한 물질로 이루어진다. 그리고 이 도가니(32)는 가열부(34)의 입구에 걸릴 수 있도록 턱을 가진다.

그리고 가열부(34)는 상기 도가니(32)를 가열하여 도가니에 보유된 증착물질(36)을 증발시키는 구성요소이다. 따라서 이 가열부(34)에는 상기 도가니(32)가 삽입될 수 있는 크기의 삽입홈(34a)이 형성되어 있고, 이 삽입홈(34a)의 내부에는 상기 도가니(32)를 가열할 수 있는 전열선(34b)이 형성되어 있다. 따라서 이 전열선(34b)을 통하여 도가니(32)에 열을 가하는 것이다.

한편 이러한 구조를 가지는 증발원(30)은 본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)에 한 개가 구비될 수도 있고, 다수개가 구비될 수도 있다. 증발원이 한 개가 구비되는 경우에는 이 증발원이 증착 챔버의 중앙에 배치된다. 그러나 다수개의 증발원(30)이 구비되는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수개의 증발원(30)이 장착될 수 있는 증발원 장착 플레이트(38)가 구비되고, 이 증발원 장착 플레이트(38)에 형성되어 있는 장착부에 장착된다. 그리고 이 증발원 장착 플레이트(38)가 회전될 수도 있다.

한편 이렇게 다수개의 증발원(30)이 구비되는 경우에는 하나의 증발원에 채워진 증착물질의 소비가 완료된 경우에는 다른 증발원을 사용할 수 있는 장점이 있다. 그리고 증착물질이 소진된 증발원은 분리되어 새로이 증착물질을 채우는 작업을 거쳐서 다시 장착된다.

증발원 셔터(40)는 상기 증발원(30)에서 증발된 증착 물질의 외부 유출을 단속하는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)에서는 증발원(30)에 담겨 있는 증착물질을 증발시켜서 발생되는 증기 상태의 증착물질을 기판(S)에 증착한다. 따라서 공정 시간 단축을 위하여, 기판(S)에 증착물질을 증착하기 전에 증발원(30)을 충분히 가열하여 증착물질이 충분히 증발할 수 있는 상태에서 박막 증착을 실시한다. 상기 증발원 셔터(40)는 이러한 예열 과정 또는 기판(S)에 원하는 두께의 박막이 증착된 후에 증착물질의 추가 증착을 막는 과정에서 증발원(30) 입구를 차단한다.

따라서 본 실시예에 따른 증발원 셔터(40)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 셔터 플레이트(42)와 셔터 구동수단(44)으로 구성된다. 먼저 셔터 플레이트(42)는 상기 증발원(30) 입구를 막는 구성요소로서, 상기 증발원(30) 입구를 막을 수 있는 정도의 면적을 가진다. 그리고 이 셔터 플레이트(42)는 상기 증착물질이 용이하게 증착될 수 없는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 셔터 구동수단(44)은 상기 셔터 플레이트(42)를 열고 닫는 구성요소이다. 따라서 이 셔터 구동수단(44)은 도 2에 도시된 바와 같이, 셔터 플레이트(42)의 일 측에 결합되어 셔터 플레이트(42)를 회전시킨다. 이 회전에 의하여 셔터 플레이트(42)가 증발원(30)의 입구를 열고 닫는 것이다.

또한 본 실시예에 따른 셔터 플레이트(42)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 센서(50) 방향으로 증발된 증착 물질을 보내는 증착물질 안내부가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이 증착 물질 안내부는 증발원(30)에서 증발되는 극소량의 증착물질을 센서(50) 방향으로 안내하기 위한 것이다. 증착물질의 예열 과정에서는 일반적으로 증착물질의 기화 온도를 넘지 않기 때문에 증착물질의 증발이 이루어지지 않지만, 여러가지 요인으로 인하여 극소량의 증착물질이 증발된다. 이러한 증착물질을 센서(50)가 감지할 수 있도록 증착물질 안내부가 증발된 증착물질을 센서(50) 방향으로 안내하는 것이다.

본 실시예에서는 이 증착물질 안내부를, 상기 셔터 플레이트(42)의 상기 센서(50) 측 가장자리에 형성되는 안내홀(46)과, 안내홀(46)에 연결되며 상기 센서(50) 방향으로 연장되는 안내관(48)을 더 포함하도록 구성한다. 상기 안내홀(46)은 셔터 플레이트(42)를 수직 방향으로 관통하여 형성될 수도 있지만, 센서(50) 방향으로 기울어져서 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 안내관(48)도 센서(50) 방향으로 기울어진 상태로 셔터 플레이트(42)에 부착된다. 이때 이 안내관(48)의 길이는 상기 셔터 플레이트(42)의 동작에 방해가 되지 않는 범위내에서 센서(50)에 가깝도록 길게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)에는 두께 측정 수단이 더 포함되는 것이 바람직하다. 이 두께 측정 수단은 상기 셔터 플레이트(42)에 증착된 증착 물질의 두께를 측정한다. 상기 셔터 플레이트(42)의 하면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 증발원(30)을 덮고 있는 동안에 불가피하게 증착물질(36)이 증착된다. 그런데 이렇게 증착되는 증착물질(36)이 두꺼워지는 경우에는 그 일부가 셔터 플레이트(42)에서 분리되어 증발원(30)을 오염시키는 문제를 일으킨다. 따라서, 상기 셔터 플레이트(42)의 하면에 증착되어 있는 증착물질(36)의 두께를 실시간으로 측정하여 일정한 두께를 넘는 경우에는 셔터 플레이트(42)에 증착되어 있는 증착물질(36)을 제거하는 청소작업을 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 증발원(30)에 오염이 발생하기 전에 미리 셔터 플레이트(42)를 청소하여 오염 사고를 방지하는 것이다.

이러한 기능을 수행하기 위하여 본 실시예에서는 이 두께 측정수단(37)을, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(10)의 하측에 배치되며, 빛을 이용하여 상기 증착 물질의 두께를 측정하는 광학 측정 수단으로 구성한다. 따라서 이 광학 측정 수단은, 도 4에 도시된 바와 같이, 광을 생성하여 셔터 플레이트(42)로 조사하는 광 생성부(37a)와, 상기 셔터 플레이트(42)에서 반사된 빛을 수광하는 수광부(37b)로 구성된다. 특히, 이 광학 측정 수단은, 반사되는 레이저의 진폭과 위상차를 이용하여 두께를 측정하는 Ellipsometer인 것이 바람직하다. 이 Ellipsometer는 박막의 두께를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

한편 상기 셔터 구동수단(44)은 공기압을 이용하여 상기 셔터 플레이트(42) 를 구동하는 공압 실린더로 구성하고, 상기 두께 측정 수단을, 상기 셔터 플레이트의 열리는 시간을 측정하고, 이 시간을 이용하여 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 계산 수단으로 구성할 수도 있다. 이 경우에는 상기 셔터 플레이트의 구동을 위하여 동일한 힘을 가하고, 동일한 힘을 가하는 상태에서 셔터 플레이트가 열리는 시간 차이를 이용하여 셔터 플레이트에 증착된 증착물질의 양을 측정하는 것이다. 일반적으로 동일한 힘을 가할 때, 셔터 플레이트의 무게에 비례하여 열리는 시간이 길어진다.

또한 상기 셔터 구동수단(44)은 서보 모터(servo motor)로 구성하고, 상기 두께 측정 수단을 상기 셔터 플레이트(42)를 열기 위하여 상기 서보 모터에 필요한 토크를 측정하고, 이 토크를 이용하여 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 계산 수단으로 구성할 수도 있다. 일반적으로 서보 모터는 매우 정밀하게 제어할 수 있으므로, 상기 셔터 플레이트의 개방을 위하여 서보 모터에 필요한 토크를 기초로 하여 셔터 플레이트의 무게를 유추하고, 이를 통하여 간접적으로 셔터 플레이트(42)에 증착되어 있는 증착 물질의 두께를 구하는 것이다.

그리고 본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)에는 전술한 두께 측정 수단에 의하여 측정된 증착 물질의 두께가 일정 값을 초과하는 경우 경보를 발생하는 보조 알람수단(39)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 보조 알람수단(39)이 발생하는 경보에 의하여 셔터 플레이트(42)의 청소 필요성을 미리 인식하여 증발원의 오염을 막는 것이다.

다음으로 센서(50)는 상기 진공 챔버(10) 내부에 장착되어 상기 진공 챔 버(10) 내부의 증착물질을 감지한다. 본 실시예에서 이 센서(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(10)의 측벽에 장착되어 자신에게 증착되는 증착물질의 양 및 두께를 측정한다. 이렇게 센서(50)가 진공 챔버(10)의 측벽에 장착되는 이유는, 기판(S) 방향으로 진행하는 증착물질을 방해하지 않기 위함이다. 그리고 이 센서(50)는 하나의 진공 챔버의 하나의 센서가 구비될 수도 있지만, 다수개의 센서가 구비될 수도 있다. 다수개의 센서가 구비되는 경우에는 진공 챔버(10)의 측벽에 일정한 간격을 가지고 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 이 센서는 진공 챔버 측벽에 나란하게 배치되는 12개의 크리스탈 센서로 구성된다.

다음으로 계산부(60)는 상기 센서(50)로부터 감지된 데이타를 이용하여 상기 기판(S)에 증착된 증착 물질의 두께, 상기 증발원(30)에 남아 있는 증착 물질(36)의 양 또는 상기 증발원 셔터(40)에 증착된 증착 물질의 두께 중 적어도 어느 하나를 계산한다. 본 실시예에서 이 계산부(60)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(10)의 외측 측벽에 구비될 수도 있고, 이 진공 챔버(10)와는 별도로 분리되어 구비될 수도 있다. 어떤 형태를 취하든 간에 이 계산부(60)는 상기 센서(50)와 연결되어 센서로부터 측정된 증착물질에 대한 데이터를 전달받는다. 그리고 이 데이터를 사용하여 기판에 증착된 증착 물질의 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착 물질의 양 또는 상기 증발원 셔터에 증착된 증착 물질의 두께 중 적어도 어느 하나를 계산한다.

이하에서는 이 계산부(60)의 작용을 상세하게 설명한다. 먼저 상기 계산부(60)는 환산인자를 사용하여 상기 센서(50)에 증착된 증착 물질의 두께로 상기 기판(S)에 증착된 증착 물질의 두께 또는 상기 증발원 셔터(40)에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하다. 여기에서 환산 인자라 함은 일명 tooling factor라고 불리는 것으로서, 특정한 위치에서 측정한 값으로 다른 위치에서 측정값을 예측할 수 있도록 미리 계산된 비율 값이다. 이 환산 인자는 상기 증발원으로부터의 거리 및 상기 증발원에서 증착 물질이 증발되는 속도에 의하여 결정된다. 본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)는 증기를 확산시켜 기판에 증착시킨다. 그러므로, 거리에 따라서 도달하는 증기의 밀도가 상이하며, 증착되는 양도 상이하다. 따라서 증발원으로부터의 거리가 환산 인자를 결정하는 중요한 요소가 되는 것이다.

한편 이 환산 인자는 증착물질이 증발되는 속도를 함께 고려하여 산출하여야 한다. 이상적으로는 증착물질이 증발되는 속도에 무관하게 기판(S) 또는 셔터 플레이트(42)에 증착된 증착물질의 양을 예상할 수 있어야 하나, 실제적으로는 증착속도에 영향을 받는다. 이는 증착속도가 빠른 경우에는 동일한 체적 내에 존재하는 증착물질의 분자수가 증가하여 증착물질 분자 상호간의 상호 작용으로 인하여 증착물질이 정상적인 확산 운동을 하지 못하는 것으로 생각된다. 따라서 증착속도를 1Å/sec로 할 때와, 10Å/sec로 할 때의 환산인자가 상이하다.

이렇게 증발원으로부터의 거리와 증착속도에 의하여 결정되는 환산인자를 계산부(60)에 저장한다. 그리고 상기 센서(50)에 의하여 측정되는 증착물질의 두께 또는 양에 대한 데이타에 이 환산 인자를 곱하여 기판(S)에 증착되는 증착물질의 두께 또는 양을 계산하고, 상기 셔터 플레이트(42)에 증착되는 증착물질의 두께 또는 양을 계산하는 것이다. 이렇게 계산된 기판(S)에 증착된 증착물질의 두께 및 양 에 대한 정보는 기판에 대한 증착 작업의 완료시기를 알 수 있게 한다. 이 증착물질의 두께가 일정한 값을 초과하는 경우에는, 기판(S)에 대한 박막 증착작업이 완료된 것이므로, 증착 작업을 중지하고, 기판(S)을 배출한다.

또한 셔터 플레이트(42)에 증착된 증착 물질의 두께 및 양에 대한 정보는 셔터 플레이트(42)에 대한 청소 시기를 알 수 있게 한다. 즉, 셔터 플레이트(42)에 증착된 증착 물질의 두께가 미리 정해진 일정한 값을 넘는 경우에는 보조 알람 수단(39)을 통하여 이를 조작자에게 알리고, 조작자가 셔터 플레이트(42)에 부착되어 있는 증착물질을 제거하는 것이다.

한편 상기 계산부(60)는 상기 센서(50)에 증착되는 증착물질의 양을 바탕으로 상기 증발원(30)에 남아 있는 증착물질(36)의 양을 계산할 수 있다. 즉, 상기 센서(50)에 증착되는 증착물질의 양과 증발원에서 소비되는 전체 증착물질 사이의 관계를 나타내는 환산인자를 사용하여 증발원(30)에 남아 있는 증착물질의 양을 계산하는 것이다. 상기 센서(50)에 증착되는 증착물질의 양은 도 5에 도시된 바와 같이, 예열 구간(t1)에서는 매우 작은 양이고, 증착 구간(t2)에서는 많은 양이다. 이 양을 모두 합하면, 즉, 도 5에 도시된 그래프 아래 부분의 면적을 적분하여 구하면, 센서(50)에 증착된 물질의 양을 구할 수 있다. 여기에 환산인자를 곱하여 증발원(30)에서 증발된 전체 증착물질의 양을 구하는 것이다. 이렇게 하여 증발원에 남아 있는 증착물질의 양을 미리 구하면, 기판에 대한 증착 작업 중에 증발원(30)에 보유된 증착물질이 모두 소비되어, 증착 작업 중에 증발원을 교체하는 경우를 방지할 수 있다. 기판(S)에 대한 증착 작업 중에 증발원(30)을 교체하는 것을 실제로 불가능하므로, 이 과정 중에 있던 기판은 불량으로 처리될 수 밖에 없다.

따라서 본 실시예에 따른 박막 증착장치(1)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 계산부(60)에 연결되며, 상기 증발원(30)에 남아 있는 증착 물질의 양이 일정량 이하이면 경보를 발생하는 알람 수단(70)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 알람 수단(70)은 일정한 디스플레이 기능이 있어서, 알람 신호를 표시할 수도 있고, 소리를 발생하는 기능이 있어서, 알람 신호를 소리로 표시할 수도 있다.

이하에서는 박막 증착방법을 설명한다.

먼저 기판 홀더(20)에 기판(S)을 장착한다. 이때 기판(S)의 중앙 부분이 하측으로 처지지 않도록 기판 양 측부를 강하게 당긴 상태로 기판을 장착한다.

다음으로 기판(S)에 박막을 형성하는 단계가 진행된다. 본 실시예에서는 이 단계를 3 단계로 나누어 진행한다. 우선 증착하기 전에 증발원(30)을 미리 가열하여 증착이 가능한 상태로 만드는 예열 단계가 진행된다. 일반적으로 증착물질을 가열하여 증발시키기 까지는 많은 시간이 소요된다. 따라서 기판(S)에 증착작업을 진행하기 전에 증발원(30)을 미리 가열하여 기판 장착이 완료되면 곧바로 증착작업이 개시될 수 있도록 하여 공정시간을 단축한다.

따라서 기판의 장착 작업이 진행되는 동안에 증발원(30)에 대한 예열 과정이 진행되거나, 증발원(30)이 항상 일정한 온도로 예열된 상태를 유지하게 된다. 이때 증발원(30)의 예열 온도는 증착물질이 증발하기 직전의 온도인 것이 바람직하다. 이렇게 예열 온도를 유지하는 경우에는 0.1Å/sec 정도의 미미한 정도의 증착물질 이 증발된다. 그런데 특정한 경우에는 증발원(30)의 온도를 예열 온도로 유지하더라도 많은 양의 증착물질이 증발될 수도 있다. 많은 양의 증착물질이 증발되는 경우에는 불필요하게 고가의 증착물질이 소비되는 것이므로, 증발원(30)의 온도를 더 낮추어서 증착물질의 낭비를 막는다. 따라서 본 실시예에서는 예열 단계에서도 증발원(30) 내부의 증발 상태를 실시간으로 감시한다.

이렇게 증발원(30)이 예열된 상태에서 기판(S)에 대한 박막 작업을 진행한다. 이 단계에서는 먼저 증발원(30)의 온도를 더욱 높여 증착물질의 증발 활동이 활발하게 이루어지도록 한다. 이때 증발원(30)의 온도를 조절함으로써, 증착물질의 증발 속도를 조정할 수 있다. 이 증발 속도는 시간 당 기판에 증착되는 박막의 두께인 Å/sec로 나타낼 수 있으며, 증착 속도가 너무 느리면 공정 시간이 오래 걸리고, 증착 속도가 너무 빠르면 증착물질의 낭비가 심한 문제점이 있다.

이렇게 하여 증착물질이 충분히 증발할 수 있는 온도가 되면 증발원 셔터(40)를 개방하여 증착물질이 기판(S)에 증착되도록 한다.

그리고 본 실시예에서는 예열 단계 및 증착 단계에서 항상 실시간으로 증발원에서 증발되는 증착물질의 양 및 상태를 검출한다. 그리고 이렇게 검출된 증발량에 대한 데이터를 사용하여 기판에 증착된 박막 두께, 상기 증발원(30)에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터(40)에 증착된 박막 두께를 계산한다.

여기에서 기판(S)에 증착된 박막 두께 및 증발원에 남아 있는 증착 물질의 양을 계산하는 방법은 전술한 바와 동일하므로 반복하여 설명하지 않는다.

한편 계산한 결과 기판에 증착된 증착물질의 두께에 대한 계산값이 일정한 값을 초과하는 경우 증착 완료 신호를 생성한다. 이렇게 증착 완료 신호가 생성되면, 셔터 플레이트(42)를 사용하여 증발원을 차단하고, 기판(S)을 배출한다. 그리고 다음 기판을 기판 홀더(20)에 장착하여 다음 기판에 대한 증착 작업을 진행한다.

이렇게 기판에 대한 증착 작업이 반복되는 동안에도 항상 증발원(30)에서 소비되는 전체 증착물질의 양에 대한 모니터링은 이루어진다. 이러한 방법에 의하여 알려지는 증발원(30)에 남아 있는 증착물질의 양에 대한 계산값이 일정한 값보다 작은 경우 증발원 교체 신호를 생성한다. 증발원 교체 신호가 발생하면, 다음 기판에 대한 박막 작업을 진행하기 전에 증발원을 새로운 증발원으로 교체한 후에 작업을 진행한다.

한편 상기 증발원 셔터(40)에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계를 더 진행할 수도 있다. 증발원 셔터(40)에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계에서는 상기 증착물질에 빛을 조사하여 증착물질의 두께를 측정하거나, 상기 증발원 셔터(40)에 동일한 힘을 주고, 이동되는 상기 증발원 셔터의 이동속도를 사용하여 상기 증착물질의 두께를 측정하거나, 상기 증발원 셔터를 이동시키는데 필요한 토크값을 사용하여 상기 증착물질의 두께를 측정한다.

그리고 상기 증발원 셔터(40)에 증착된 증착물질의 두께가 일정한 값을 초과하는 경우 상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질 제거 신호를 생성한다. 증착물질 제거 신호가 발생되면, 다음 기판에 대한 처리를 진행하기 전에 셔터 플레이트의 하면에 대한 청소 작업을 진행한다.

본 발명에 따르면 기판에 증착되는 박막의 두께를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만아니라, 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 및 증발원 셔터에 증착되는 증착물질의 두께를 실시간으로 측정하여 증발원 교체 시기 및 증발원 셔터 청소 시기를 정확하게 예측할 수 있는 장점이 있다.

또한 예열 공정 중에도 증발원에서 일어나는 증발 상태를 실시간으로 감지하여 불필요한 증착물질의 낭비를 막을 수 있는 장점이 있다.

Claims

진공챔버;

상기 진공 챔버의 내부 상측에 배치되어 기판을 고정하는 기판 홀더;

상기 진공 챔버의 내부 하측에 배치되어 증착 물질을 증발시키는 증발원;

상기 증발원에서 증발된 증착 물질을 차단하는 증발원 셔터;

상기 진공 챔버 내부에 장착되어 자신에게 증착되는 증착물질의 두께를 감지하는 센서;와 상기 센서로부터 감지된 데이타를 이용하여 상기 증발원 셔터에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 계산부;를 포함하는 박막 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 센서는 상기 진공 챔버의 측벽에 장착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 센서는 크리스탈 센서인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 계산부는, 상기 증발워능로부터의 거리 및 상기 증발원에서 증착 물질이 증발되는 속도에 의하여 결정되는 환산인자를 사용하여 상기 센서에 증착된 증 착 물질의 두께로부터 상기 증발원 셔터에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 계산부는 상기 센서로부터 감지된 데이타를 이용하여 상기 기판에 증착된 증착 물질의 두께 및 상기 증발원에 남아 있는 증착 물질의 양을 추가로 계산하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제5항에 있어서,

상기 계산부에 연결되며, 상기 증발원에 남아 있는 증착 물질의 양이 일정량 이하이면 경보를 발생하는 알람 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 증발원 셔터는,

상기 증발원의 입구를 차단하는 셔터 플레이트;와 상기 셔터 플레이트를 구동하는 셔터 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제7항에 있어서,

상기 셔터 플레이트에는, 상기 센서 방향으로 증발된 증착 물질을 보내는 증 착물질 안내부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제8항에 있어서,

상기 증착물질 안내부는, 상기 셔터 플레이트의 상기 센서 측 가장자리에 형성되는 안내홀인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제9항에 있어서,

상기 안내홀에 연결되며, 상기 센서 방향으로 연장되는 안내관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제7항에 있어서,

상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 측정하는 두께 측정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제11항에 있어서,

상기 두께 측정 수단은,

상기 진공 챔버의 하측에 배치되며, 빛을 이용하여 상기 증착 물질의 두께를 측정하는 광학 측정 수단인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제12항에 있어서,

상기 광학 측정 수단은 엘립소미터(Ellipsometer)인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제11항에 있어서,

상기 셔터 구동수단은 공기압을 이용하여 상기 셔터 플레이트를 구동하는 공압 실린더이고,

상기 두께 측정 수단은 상기 셔터 플레이트의 열리는 시간을 측정하고, 이 시간을 이용하여 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제11항에 있어서,

상기 셔터 구동수단은 서보 모터(servo motor)이고,

상기 두께 측정 수단은 상기 셔터 플레이트를 열기 위하여 상기 서보 모터에 필요한 토크를 측정하고, 이 토크를 이용하여 상기 셔터 플레이트에 증착된 증착 물질의 두께를 계산하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
제11항에 있어서,

상기 두께 측정 수단에 의하여 측정된 증착 물질의 두께가 일정 값을 초과하는 경우 경보를 발생하는 보조 알람수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
기판 홀더에 기판을 장착하는 단계;

증발원의 증착물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 단계;

상기 증착물질의 증발량을 검출하는 단계;

검출된 증발량에 대한 데이터를 사용하여 상기 기판에 증착된 박막 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터에 증착된 박막 두께 중 적어도 어느 하나를 계산하는 단계;를 포함하는 박막 증착방법.
제17항에 있어서,

상기 증발원의 증착물질을 증발시켜 기판에 박막을 형성하는 단계는,

상기 증발원 셔터로 상기 증발원의 입구를 차단한 상태에서 상기 증발원을 예열하여 상기 증착물질의 온도를 예열 온도로 유지하는 단계;

상기 증발원을 가열하여 증발 온도를 유지하면서 증착 물질을 증발시키는 단계;

상기 증발원 셔터를 개방하여 상기 기판에 증착물질을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제18항에 있어서,

상기 증발원 셔터로 상기 증발원의 입구를 차단한 상태에서 상기 증발원을 예열하여 상기 증착물질의 온도를 예열 온도로 유지하는 단계에서는,

증발되는 증착 물질의 양을 검출하여 예열 상태를 감시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제19항에 있어서,

검출된 증착 물질의 양이 일정한 값을 초과하는 경우 상기 증발원의 온도를 낮추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제19항에 있어서,

상기 계산하는 단계는,

상기 검출된 증발량에 대한 데이터를 이용하여 상기 기판에 증착된 증착물질의 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터에 증착된 박막 두께 중 적어도 어느 하나를 계산할 수 있는 환산 인자를 만드는 단계;

상기 검출된 증발량에 대한 데이터와 상기 환산 인자를 사용하여 상기 기판에 증착된 증착물질의 두께, 상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양 또는 증발원 셔터에 증착된 박막 두께 중 적어도 어느 하나를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제21항에 있어서,

상기 환산 인자를 만드는 단계는,

상기 증발원으로부터의 거리와 상기 증발원에서 증착 물질이 증발되는 속도 를 고려하여 상기 환산 인자를 만드는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제22항에 있어서,

상기 기판에 증착된 증착물질의 두께에 대한 계산값이 일정한 값을 초과하는 경우 증착 중지 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제22항에 있어서,

상기 증발원에 남아 있는 증착물질의 양에 대한 계산값이 일정한 값보다 작은 경우 증발원 교체 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제22항에 있어서,

상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제25항에 있어서,

상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계에서는,

상기 증착물질에 빛을 조사하여 증착물질의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제25항에 있어서,

상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계에서는,

상기 증발원 셔터에 동일한 힘을 주고, 이동되는 상기 증발원 셔터의 이동속도를 사용하여 상기 증착물질의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제25항에 있어서,

상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께를 측정하는 단계에서는,

상기 증발원 셔터를 이동시키는데 필요한 토크값을 사용하여 상기 증착물질의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
제25항에 있어서,

상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질의 두께가 일정한 값을 초과하는 경우 상기 증발원 셔터에 증착된 증착물질 제거 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.