KR20130137400A - 증착율 센서 어레이를 이용한 선형 증발원의 증착 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 증발원을 이용하여 대면적 기판에 균일한 박막을 증착하고자 하는 것으로, 종래 증착율 센서가 선형증발원의 양단부에만 배치되어 기판 전면에 걸친 박막 균일도를 확실시할 수 없음을 해결하고자 한다.
본 발명에 따르면, 증착율 센서를 대면적 기판 또는 선형 증발원의 양단부뿐만 아니라 중심부에도 배치하고, 선형증발원의 가열부를 3구역 이상으로 구성하여, 상기 증착율 센서로부터 받은 결과를 피드백으로 하여 각각의 가열체를 독립적으로 제어하는 증착 제어 시스템을 제공한다.

Description

증착율 센서 어레이를 이용한 선형 증발원의 증착 제어시스템{DEPOSITION CONTROL SYSTEM OF LINEAR SOURCE WITH DEPOSITING RATE SENSOR ARRAY}

본 발명은 선형 증발원을 이용하여 대면적 기판에 박막을 증착하는 증착 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 대면적 기판에 증착될 박막의 균일도를 향상시킬 수 있도록 증착율 센서를 구성하고 그 결과를 피드백으로 하여 선형 증발원의 증착율을 위치별로 제어할 수 있는 증착 제어시스템에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이, 태양전지 등 박막 증착을 통해 제품을 제작하는 경우, 양산 공정은 점점 더 기판을 대면적화하고 있다. 이에 따라 대면적 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있는 증발원으로 선형 증발원을 사용하며 선형 증발원의 길이도 점점 더 길이가 길어지고 있다.

상기와 같이 대면적화된 기판 전면에 걸쳐 균일한 박막을 형성하기란 결코 쉽지 않으며, 이를 위한 수단 중 하나는 박막 두께 측정 센서, 즉, 증착율 센서이다. 크리스탈 진동자로 된 증착율 센서를 이용하면 선형 증발원의 증발율에 따른 박막 증착 속도를 검출할 수 있으므로 챔버 내의 선형 증발원을 가동시킨 상태에서 기판을 장입하기 전에 증착율 센서를 넣어 선형 증발원에 의한 증발율 내지는 박막 증착시 증착율을 측정하여 균일한 박막 증착이 가능함을 확인한 후, 기판을 이송하여 공정을 실시하게 된다.

종래, 이와 같은 증착율 센서는 도 1과 같이 선형증발원의 양단부에 설치하여 사용하여 왔다. 이러한 구성은 대면적 기판에 적용할 경우, 기판의 중앙부에 대한 증착율에 대한 오차가 크다는 문제를 지녀 개선의 여지가 있다.

한편, 도 1과 같은 구성의 증착율 센서 어레이를 이용하여 증착율을 측정한 후, 균일한 박막 형성이 어렵다고 판단된 경우, 종래에는 선형 증발원의 가동을 중지시키고 챔버의 진공을 파기(vent)하여 증발원에 대하여 추가적 조치를 취하여 왔다.

이와 같은 증발원의 증착율 제어 방식은 양산에 있어 매우 심한 공정 지체 및 낭비를 초래하므로 양산에 적합한 선형 증발원의 증착율 제어 시스템을 제공할 필요가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 대면적 기판의 전면에 대하여 증착율을 검출할 수 있는 증착율 센서 어레이를 구성하고, 그 센서 어레이의 피드백을 이용하여 선형 증발원의 증착율을 제어하되, 양산에 적합한 새로운 선형 증발원의 증착 제어 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

그에 따라 본 발명은, 증착율 센서를 대면적 기판 또는 선형 증발원의 양단부뿐만 아니라 중심부에도 배치하고, 선형증발원의 히터, 즉, 가열부를 3구역 이상으로 구성하여, 상기 증착율 센서로부터 받은 결과를 피드백으로 하여 각각의 가열부의 온도를 독립적으로 제어하는 증착 제어 시스템을 제공한다.

즉, 본 발명은, 선형 증발원의 가열부를 구성함에 있어서, 각각 별도의 전력제어가 가능한 다수의 가열체를 배열하고,

증착 분포를 측정하여 이를 피드백으로 각 가열체를 제어하여 선형 증발원이 놓여 진 챔버의 진공을 파기하지 않고 증착 분포를 균일하게 조절하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 가열부를 구성하는 다수의 가열체 각각은 서로 결합 및 분리가능한 조립식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 증착 분포를 측정하기 위하여, 상기 선형 증발원의 상부에 3개 이상의 증착률 센서를 포함한 센서 어레이를 배치하여 상기 센서로부터 증착률 분포에 대한 피드백을 받아 상기 각각의 가열체의 인가 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 증착 분포 측정을 위하여 상기 센서 어레이는 이송용 트레이에 탑재되어 증착시 기판 이송과 같은 조건으로 이송하면서 증착 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 증착 분포 측정을 위하여 상기 센서 어레이는 센서를 설치한 홀더를 기판 이송용 선형 이송 선로에 탑재될 수 있는 크기로 구성되어 상기 선형 이송선로를 이용하여, 증착시 기판 이송과 같은 조건으로 이송하면서 증착 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 가열부를 구성하는 다수의 가열체를 제어함에 있어서, 각각의 가열체의 전력을 제어하는 제어모듈을 구비하되, 상기 다수의 가열체를 동일 제어 모듈에 연동하여 제어하며, 상기 제어 모듈은 연동 되는 각각의 가열체의 전력 인가 비율을 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 종래 대면적 기판의 중심부의 증착율에 대하여는 알 수 없던 증착율 센서와 달리 대면적 기판 전면에 대해 증착율을 실질적으로 감시할 수 있어 박막 균일도 향상에 기여한다.

뿐만 아니라, 상기 증착율 센서의 결과를 피드백으로 하여 선형 증발원의 증착율을 제어함에 있어서, 종래 챔버의 진공을 파기하는 비효율에서 벗어나, 여러 구역으로 분할된 가열부를 조립식으로 구성함으로써, 진공 파기 없이 각각의 가열부 온도를 별도로 제어하는 것으로 증착율을 제어하여 양산성을 크게 향상시킨다.

도 1은 종래 증착율 센서와 선형증발원의 구성에 대한 개요도이다.
도 2는 본 발명의 증착율 센서 배열의 일실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 조립식 가열부로 이루어진 가열부를 나타낸 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 조립식 가열부로 이루어진 또 다른 가열부를 나타낸 사시도 이다.
도 5는 본 발명의 증착율 센서 어레이의 증착율 측정의 일 실시예를 나타내는 개요도이다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예로서 세 개의 증착율 센서를 기판 내지는 선형 증발원(400)의 양단부뿐만 아니라 중심부에도 설치한 것을 나타내고 있다.

즉, 양단부에 배치되는 증착율 센서(300, 310)와 중심부에 배치되는 하나 이상의 증착율 센서(320)를 이송가능한 트레이(상세 모양은 미도시하였으나, 일반적인 기판 이송 트레이와 같음)에 각각 설치하여 진공화한 챔버 내에서 선형증발원(400)을 가동시키고 이 상태에서 기판을 이송하여 박막 증착을 실시하기 전에 상기 센서 장착 트레이를 챔버 안으로 이송하여 선형증발원(400)의 증발물의 증발율 내지는 박막 증착율을 적어도 세 군데에서 샘플링하는 것이다. 따라서 종래 양단부에만 센서가 있던 것과 달리 대면적 기판에 맞추어 길이가 긴(예를 들면 2 m 정도) 선형 증발원(400)이 위치에 따라 서로 다른 증발율을 나타내는지를 상당히 높은 신뢰도로 알아낼 수 있다.

상기에서, 선형증발원(400)의 가동상태는 기판 증착시와 동일한 상태이고, 트레이의 이송 속도도 증착 실시중의 기판 이송속도와 동일하게 하여줌으로써 실제 기판에 대한 증착율을 높은 신뢰도로 측정한다. 양단부에 배치된 센서(300, 310)는 항시 동작시켜 실제 증착공정 실시중에도 지속적인 증착율 측정을 하고, 중심부의 증착율 센서(320)는 증착 공정 실시 직전에 증착율을 측정한다.

또한, 증착율 센서는 많은 개수로 어레이(s₁, s₂, ..., s_n)를 구성할 수 있음은 물론이다.

도 2에서는 크리스탈 진동자로 된 증착율 센서(300, 310, 320)를 각각 점 센서로 구성하였으나 상기 각각의 위치에 배치되는 센서 자체를 센서 어레이 헤드로 구성할 수 있음은 물론이다. 즉, 여러 개의 점 센서를 마치 리볼버에 탄약과 같이 장전하여 진동자의 센싱 능력이 소모되면 헤드가 돌아가 다른 점 센서로 증착율을 측정하게 하는 것이다.

또한, 점 센서를 다수 탑재한 센서 어레이 헤드를 선형 증발원의 길이에 맞추어 하나 이상으로 여러 개를 트레이에 선형 배열하여 구성할 수 있다.

상기 증착율 센서들(300, 310, 320)로부터 측정된, 위치에 따른 증착율은 챔버 외부에 설치된 디스플레이 수단에 표시되고 이들 데이터에 연동하여 선형증발원(400)의 위치별 증착율을 다음과 같이 제어하게 된다.

먼저, 도 3과 같이 가열부(200)를 여러 개의 조립식 블록으로 구성한다.

즉, 가열부 하우징(250) 안에 도가니에 밀착되어 가열하게 되는 가열부를 4 개의 조립식 블록 형태의 가열체(210, 220, 230, 240)로 구성한다. 상기 가열체는 각각 별도의 전원 제어로 온도를 조절할 수 있으며, 증착율 센서(300, 310, 320)의 데이터를 피드백으로 하여 제어되도록 하나의 제어모듈을 통해 센서와 연동 된다.

예를 들면, 중앙에 배치된 증착율 센서(320)로부터 측정된 증착율이 양단부에 배치된 증착율 센서(300, 310)에 비해 높을 경우, 상대적으로 조립식 가열부(200)의 가열체 중 양단부에 있는 가열체(210, 240)의 전원 장치의 전력을 제어하여 온도를 더 올려주는 방식으로 선형 증발원(400)을 제어하는 것이다. 센서 어레이에 의한 다수의 가열체의 증착율 정보를 수집하고 이를 처리하여 각 가열체의 전원 제어를 지시하는 제어 모듈은 전체 센서 어레이와 전체 가열체들에 대하여 하나로 연합 구성되어 전체 기판의 증착율을 동일하게 제어할 수 있다.

상기와 같은 증착율 제어 방식은 진공화된 챔버(100)의 진공을 파기하지 않고 바로 즉석에서 증착율을 균일하게 할 수 있기 때문에 공정 진행에 중단이 없어 양산에 매우 적합하다.

상기 가열부(200)는 간접가열식으로 각각의 가열체들(210, 220, 230, 240)은 도가니에 맞는 프레임과 프레임을 기반으로 한 메쉬 타입으로 구성될 수 있으며, 프레임에는 조립식 결합/분리 가능한 체결부가 형성된다.

또한, 증착율 센서 어레이는 도 5에서와 같이 기판 이송용 트레이를 사용하지 않고, 선형 이송선로(롤러 등을 배열하여 구성됨)를 이용하여 선형증발원의 상부를 통과하도록 할 수도 있다. 롤러 등으로 구성된 선형 이송선로는 대면적 기판의 이송을 위해 이미 설치되어 있으므로 증착율 센서 어레이 자체가 이러한 구성을 그대로 이용하여 이송될 수 있도록 증착율 센서 어레이 홀더 크기 등을 그에 맞추어 설계하여 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 선형증발원(400)의 상부에 증착율 센서(300, 310, 320) 어레이를 일체로 구성하여 진공 챔버 안에서 선형증발원(400)의 증착율을 검출한 후, 즉석에서 선형증발원(400)의 가열부(200) 가열체들(210, 220, 230, 240)의 전력 제어로 증착율을 제어한 다음, 증착율 센서(300, 310, 320) 어레이 아래로 기판을 이송하여 증착공정을 실시할 수도 있다.

또 다른 변형 실시예로서, 기판을 홀딩하여 이송하는 기판 홀더 전단부에 증착율 센서(300, 310, 320)를 배치하는 것이다. 기판 홀더 전단부의 양단부와 중심부에 각각의 센서를 배치하여, 기판 증착 공정 동안 실시간으로 위치별 증착율을 측정하여 균일도를 감시하는 것이다. 이러한 구성은 증착 공정 진행 전에 트레이 또는 선형 이송선로에 탑재된 증착율 센서로 미리 증착율을 측정하는 시스템과 병행적용하는 것이 바람직하다.

한편, 증착 시스템이 인라인 시스템으로 구성된 경우, 챔버들 중간에 끼어있는 증착 챔버에서 증착율 센서에 의해 증착 균일도를 측정/제어하려면, 종래에는 해당 챔버에 도달한 기판과 센서(양단부에만 있는 형태) 탑재 트레이로부터 데이터를 받아 본 결과 증착율이 균일하지 않으면, 기판은 마지막 챔버까지 계속 이송된 후에야 시스템을 빠져나올 수 있고, 그 다음 해당 챔버의 진공을 해제하고 증발원을 꺼내어 증착율을 제어하고 다시 기판을 반입하게 된다. 인라인 시스템의 전체 길이가 수백 m에 달하는 점에 비추어 이러한 방식은 매우 비효율적이다. 그러나 본 발명에 따르면, 즉석에서 증착율을 가열부 제어로 균일하게 맞출 수 있기 때문에 상기와 같은 비효율적인 문제가 없어진다.

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.

200: 가열부
210, 220, 230, 240: 가열체
300, 310, 320: 증착율 센서
400: 선형 증발원

Claims (7)

1. 선형 증발원의 가열부를 구성함에 있어서, 각각 별도의 전력제어가 가능한 다수의 가열체를 배열하고,
   증착 분포를 측정하여 이를 피드백으로 각 가열체를 제어하여 선형 증발원이 놓여 진 챔버의 진공을 파기하지 않고 증착 분포를 균일하게 조절하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열부를 구성하는 다수의 가열체 각각은 서로 결합 및 분리가능한 조립식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증착 분포를 측정하기 위하여, 상기 선형 증발원의 상부에 3개 이상의 증착률 센서를 포함한 센서 어레이를 배치하여 상기 센서로부터 증착률 분포에 대한 피드백을 받아 상기 각각의 가열체의 인가 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
4. 제3항에 있어서, 증착 분포 측정을 위하여 상기 센서 어레이는 이송용 트레이에 탑재되어, 증착시 기판 이송과 같은 조건으로 이송하면서 증착 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
5. 제3항에 있어서, 증착 분포 측정을 위하여 상기 센서 어레이는 센서를 설치한 홀더를 기판 이송용 선형 이송 선로에 탑재될 수 있는 크기로 구성되어 상기 선형 이송선로를 이용하여, 증착시 기판 이송과 같은 조건으로 이송하면서 증착 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열부를 구성하는 다수의 가열체를 제어함에 있어서, 각각의 가열체의 전력을 제어하는 제어모듈을 구비하되, 상기 다수의 가열체를 동일 제어 모듈에 연동하여 제어하며, 상기 제어 모듈은 연동 되는 각각의 가열체의 전력 인가 비율을 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 가열부를 구성하는 다수의 가열체를 제어함에 있어서, 각각의 가열체의 전력을 제어하는 제어모듈을 구비하되, 상기 다수의 가열체를 동일 제어 모듈에 연동하여 제어하며, 상기 제어 모듈은 연동 되는 각각의 가열체의 전력 인가 비율을 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
   
   
   
   
   
   
   

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