KR20230004095A - 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 캐니스터 내의 원료물질 기화시키는 단계, 기화된 원료물질을 배출하는 단계, 캐니스터의 내부온도를 측정하는 단계, 내부온도를 이용하여 계산온도를 산출하는 단계, 캐니스터에 구비된 가열부를 계산온도로 가열하여 내부온도의 변화를 보상하는 단계를 포함하는 원료 공급 방법과, 이에 적용되는 원료 처리 장치로서, 기화된 원료물질을 처리공간으로 안정적으로 공급할 수 있는 원료 공급 방법 및 장치가 제시된다.

Description

캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치{TEMPERATURE CONTROL METHOD FOR CANISTER AND RAW MATERIAL SUPPLYING APPARATUS}
본 발명은 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기화된 원료물질을 안정적으로 공급할 수 있는 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 및 디스플레이 장치는 기판상에 소정의 물질을 박막으로 증착하고 패턴 식각하는 것을 반복하여 원하는 소자를 제조한다. 기판상에 박막을 증착하는 방식으로, 물리기상증착(PVD; Physical Vapor Deposition)방식과, 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)방식이 있다.
그중 화학기상증착방식은 원료물질을 기화시켜 기판상에 분사하여 박막을 증착하는 방식으로, 박막의 두께 조절이 쉽고, 우수한 스텝 커버리지(Step Coverage)를 갖는 장점으로 인하여, 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 화학기상증착방식으로 박막을 형성할 때, 캐니스터 내에 원료물질을 수용하고, 캐니스터를 가열하여 원료물질을 기화시킨 후, 기화된 원료물질을 챔버로 공급하여, 기판 상에 분사한다. 이때, 기판상에 증착되는 박막을 고품질로 유지하기 위해서는 기화된 원료물질을 정해진 일정한 공급량으로 챔버에 공급해줘야 한다.
이때, 원료물질의 증기압이 낮아서, 유량제어기로 공급량을 조절하기 어려운 경우에, 기화된 원료물질의 공급량 조절은 캐니스터의 온도 제어를 통하여 이루어진다. 예컨대 캐니스터의 온도를 원료물질의 기화 온도보다 높은 온도로 유지하여, 캐니스터 내의 원료물질의 기화량을 일정하게 함으로써, 캐니스터로부터 챔버로 일정한 유량의 기화된 원료물질을 공급할 수 있다.
하지만 캐니스터에서 챔버로 기화된 원료물질을 공급하는 초기에, 기화된 원료물질이 캐니스터로부터 순간적으로 배출되면서 캐니스터 내부의 압력이 순간적으로 낮아지고, 이에 의하여 원료물질의 표면에서 대량의 기화가 일어나게 되다.
이때, 기화열에 의해 원료물질의 온도가 평소보다 빠르게 낮아지게 되고, 캐니스터의 온도에 의해 원료물질의 온도가 회복되기까지 원료물질의 기화량이 낮아지게 됨으로써, 캐니스터로부터 챔버로 일정한 유량의 기화된 원료물질을 공급하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2006-0118239 A
본 발명은 기화된 원료물질을 안정적으로 공급할 수 있는 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료 공급 방법은, 제어부와 연결된 내부온도 측정부를 마련하고 상기 제어부와 연결된 가열부를 마련하며 내부에 원료물질을 수용하는 캐니스터 구조에서, 상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계; 측정된 캐니스터의 내부 온도를 상기 제어부의 계산식에 적용하여 계산 온도를 산출하는 단계; 상기 가열부의 온도를 상기 계산 온도로 변경하는 단계;를 포함한다.
상기 계산 온도를 산출하는 단계는, 상기 원료물질의 기화량에 대한 상기 캐니스터의 내부 온도와 상기 가열부의 온도의 가중치를 근거로, 캐니스터의 내부 온도에 대한 상기 계산식을 도출하는 단계;를 포함하고, 상기 원료물질의 기화량에 대한, 캐니스터의 내부 온도의 가중치와, 가열부의 온도의 가중치가 상이할 수 있다.
캐니스터 내의 원료물질을 기화시키고, 기화된 원료물질을 배출하는 단계;를 더 포함하고, 상기 기화된 원료물질을 배출하는 단계를 수행하는 동안, 상기 내부 온도를 측정하는 단계와, 상기 계산온도를 산출하는 단계와, 상기 가열부의 온도를 상기 계산 온도로 변경하는 단계를 순서대로 반복할 수 있다.
상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계는, 상기 캐니스터의 내부의 원료물질의 온도를 상기 캐니스터의 내부 온도로 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 계산온도를 산출하는 단계는, 상기 원료물질의 온도에 이용비율을 적용하여 상기 계산온도를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 계산온도를 산출하는 단계는, 상기 계산온도를 생성하는 단계 이전에, 기화된 원료물질의 배출량에 따라, 상기 이용비율을 정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 계산온도는 하기의 계산식 1로부터 생성할 수 있다.
[계산식 1]
TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
(여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수)
상기 계산온도를 산출하는 단계는, 기화된 원료물질의 배출을 시작하여 미리 정해진 기준시간이 지난 시점부터는, 상기 계산온도를 하기의 계산식 1로부터 생성하고, 기화된 원료물질의 배출을 시작한 시점부터, 상기 기준시간이 되는 시점까지는, 상기 계산온도를 하기의 계산식 2로부터 생성할 수 있다.
[계산식 1]
TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
[계산식 2]
TC = ((TSET + Toffset) - (TML × RML)) / (1 - RML)
(여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, Toffset은 오프셋온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수)
본 발명의 실시 형태에 따른 캐니스터 온도 제어 방법은, 제어부와 연결된 측정부를 마련하고 상기 제어부와 연결된 가열부를 마련하며 내부에 원료물질을 수용하는 캐니스터 구조에서, 상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계; 측정된 캐니스터의 내부 온도와 상기 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교 및 판단하는 단계; 상기 측정된 캐니스터의 내부 온도를 상기 제어부의 계산식에 적용하여 계산 온도를 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료 공급 장치는, 원료물질이 수용되는 캐니스터; 상기 캐니스터의 내부의 원료물질을 가열하도록 상기 캐니스터에 구비되는 가열부; 상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 측정부; 상기 내부 온도를 이용하여 계산온도를 산출하고, 상기 계산온도로 상기 캐니스터의 내부 온도를 변경시키는 제어부;를 포함한다.
상기 내부온도 측정부는 상기 캐니스터의 내부에서 기화된 원료물질의 배출이 시작되면 상기 캐니스터의 내부의 원료물질의 온도를 상기 내부온도로 측정하고, 상기 제어부는 상기 원료물질의 온도에 이용비율을 적용하여 상기 계산온도를 생성할 수 있다.
상기 제어부는 상기 캐니스터의 내부온도의 측정 시점에 따라, 하기의 계산식 1 및 계산식 2 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 계산온도를 생성할 수 있다.
[계산식 1]
TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
[계산식 2]
TC = ((TSET + Toffset) - (TML × RML)) / (1 - RML)
(여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, Toffset은 오프셋온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수)
본 발명의 실시 형태에 따르면, 캐니스터의 내부에서 원료물질을 기화시켜 배출하는 동안, 캐니스터의 내부온도를 측정하고, 이로부터 계산온도를 산출할 수 있고, 산출된 계산온도로 캐니스터에 구비된 가열부를 가열하여, 기화된 원료물질의 배출 시 발생하는 캐니스터의 내부온도의 급격한 변화를 효과적으로 보상해줄 수 있다.
즉, 온도 변화에 민감한 캐니스터의 내부온도를 그대로 사용하지 않고, 계산온도를 산출하여 가열부의 가열에 활용함으로써, 캐니스터의 내부온도의 오버슈팅을 방지하면서 캐니스터의 내부온도를 신속하게 회복시킬 수 있다.
이로부터 캐니스터의 내부온도를 빠르게 안정화시켜, 원료물질의 기화량을 신속히 회복시키면서 회복된 기화량을 안정적으로 유지할 수 있고, 캐니스터와 연결된 처리공간으로 기화된 원료를 안정적으로 공급해줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법으로 캐니스터의 온도를 제어하면서 원료를 공급하며 원료의 온도를 측정한 결과를 비교 예와 대비하여 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치는, 각종 원료물질을 기화하여 기판상에 공급하는 방법 및 장치로서 다양하게 적용될 수 있다. 예컨대 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치는 금속 유기물 화학기상증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 설비의 캐니스터 온도 제어 방법 및 원료 공급 장치로서 적용될 수 있다.
이하에서는 박막의 형성을 위한 액상 원료물질을 기화하여 기판상에 공급하는 공정 설비를 기준으로 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치를 상세하게 설명한다.
도 1 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치는 원료물질(미도시)이 수용되는 캐니스터(100), 캐니스터(100)의 내부의 원료물질을 가열하도록 캐니스터(100)에 구비되는 가열부(400), 캐니스터(100)의 내부 온도를 측정하는 측정부(500), 내부 온도를 이용하여 계산온도를 산출하고, 계산온도로 캐니스터(100)의 내부 온도를 변경시키는 제어부(600)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치는 기판(미도시)을 처리하도록 마련된 처리실(미도시)에 캐니스터(100)를 연결시키는 배출부(200), 캐니스터(100)로 원료물질을 공급하는 공급부(300)를 포함할 수 있다.
기판은 웨이퍼를 포함할 수 있다. 물론, 기판은 글라스 기판, 플라스틱 기판 및 금속 기판 등 다양할 수 있다.
처리실은 챔버를 포함할 수 있다. 챔버는 소정의 통 형상일 수 있다. 챔버는 내부에 지지대가 구비될 수 있다. 지지대상에 기판이 안착될 수 있다. 지지대와 대향하도록 챔버의 내부에 분사부가 배치될 수 있다.
분사부는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치와 연결될 수 있다. 분사부를 통하여 기판에 기화된 원료물질이 공급될 수 있다. 이에, 기판상에 원료물질의 막이 형성될 수 있다.
원료물질은 박막 증착용 소스를 포함할 수 있다. 원료물질은 액상으로 마련되어 캐니스터(100) 내에 수용될 수 있다. 물론, 원료물질은 고상으로 마련될 수도 있다.
캐니스터(100)는 내부에 액상의 원료물질을 저장할 수 있고, 내부에서 기화된 원료물질을 처리실로 공급할 수 있다. 캐니스터(100)는 내부가 비어있는 통 형상으로 제작될 수 있다. 이때, 캐니스터(100)의 형상은 사각통 형상 및 원통 형상을 포함하여 다양할 수 있다.
캐니스터(100)는 하나 또는 복수개로 구비될 수 있다. 이때, 캐니스터(100)의 개수는 다양할 수 있다. 캐니스터(100)가 복수개 구비되는 경우, 캐니스터(100)는 처리실과 병렬 연결될 수 있다. 이때, 복수의 캐니스터(100)는 소정의 순서대로 처리실(10)에 기화된 원료물질을 공급할 수 있다. 또한, 복수의 캐니스터(100)가 동시에 처리실(10)에 기화된 원료물질을 공급해줄 수 있다.
배출부(200)는 캐니스터(100)의 상부의 일측에 연결된다. 또한, 배출부(200)는 처리실로 연장되어, 처리실의 분사부와 연결될 수 있다. 배출부(200)의 연결 구조는 다양할 수 있다.
공급부(300)는 캐니스터(100)의 상부의 타측에 연결된다. 또한, 공급부(300)는 원료 공급원(미도시)와 연결된다. 공급부(300)는 원료 공급원으로부터 원료물질을 공급받을 수 있고, 공급받은 원료물질을 캐니스터(100)의 내부에 공급해줄 수 있다. 공급부(300)의 연결 구조는 다양할 수 있다.
가열부(400)는 예컨대 자켓의 형상으로 캐니스터(100)를 감싸는 히터부재와, 히터부재에 내장되어 히터부재를 가열하는 가열부재를 포함한다. 물론, 가열부(400)의 구성은 다양할 수 있다. 가열부(400)는 소정의 전류를 공급받아서, 발열되는 방식으로 열을 생성할 수 있다. 가열부(400)는 캐니스터(100)의 측벽을 감싸도록 장착될 수 있고, 발열되는 열을 캐니스터(100)로 공급하여 캐니스터(100)의 내면의 온도를 상승시킬 수 있다. 이에, 캐니스터(100) 내의 원료물질이 예컨대 원료물질의 기화 온도보다 높은 온도로 가열될 수 있고, 캐니스터(100)의 내부에서 기화가 이루어지게 되어, 기화된 원료물질이 생성될 수 있다. 물론, 가열부(400)의 열 생성 방식과, 설치 위치는 다양할 수 있다.
측정부(500)는 캐니스터(100)의 내부에 배치된다. 측정부(500)는 원료물질 중에 소정높이로 배치될 수 있다. 측정부(500)를 원료물질 중에 배치시키는 방식은 다양할 수 있다. 예컨대 소정의 지지부재로 측정부(500)를 지지할 수도 있고, 측정부(500)에 부력부재를 부착하여 원료물질 중에 부유시킬 수도 있다. 측정부(500)는 캐니스터(100)의 내부 온도를 측정할 수 있다. 측정부(500)는 측정된 원료물질의 온도를 제어부(600)로 송신해줄 수 있다.
이때, 측정부(500)가 측정하는 원료물질의 온도는 원료물질의 중심부 부근의 온도일 수 있다. 즉, 측정부(500)는 가열부(400)로부터 열을 가장 늦게 전달받는 위치의 원료물질의 온도를 캐니스터(100)의 내부 온도로 측정할 수 있다.
또한, 측정부(500)가 측정하는 원료물질의 온도는 기화된 원료물질의 배출 시에 온도의 변화가 가장 심한 소정의 위치의 원료물질의 온도일 수도 있다.
물론, 측정부(500)가 캐니스터(100)의 내부 온도를 측정하는 원료물질의 위치는 다양할 수 있다.
측정부(500)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 캐니스터(100)의 내부에 배치될 수 있고, 원료물질에 침지되어 온도를 측정할 수 있도록 형성될 수 있다. 이러한 온도 센서의 형상 및 설치 구조와, 온도 측정 방식은 다양할 수 있다.
측정부(500)는 원료물질의 온도를 연속적으로 측정하여 출력하거나 소정의 시간 간격으로 주기적으로 측정하여 출력할 수 있다.
제어부(600)는 캐니스터(100)의 내부 온도 즉, 원료물질의 온도를 이용하여 계산온도를 산출하고, 계산온도로 캐니스터(100)의 내부 온도를 변경시킨다. 구체적으로, 제어부(600)는 가열부(400)의 온도를 변경시켜 캐니스터(100)의 내부 온도를 변경시킨다.
제어부(600)는 측정부(500)에서 측정되는 원료물질의 온도에 이용비율(RML)을 적용하여 계산온도(TC)를 생성할 수 있다. 여기서, 이용비율(RML)을 예컨대 원료물질의 온도 가중 요소라고 지칭할 수도 있고, 원료물질의 온도 가중치라고 지칭할 수도 있다.
더욱 상세하게는, 제어부(700)는 원료물질의 온도의 측정 시점에 따라, 하기의 계산식 1 및 계산식 2 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 계산온도를 생성할 수 있다. 예컨대 기화된 원료물질의 배출 초기에는 계산식 2를 이용하여 계산온도를 생성하 수 있고, 기화된 원료물질의 배출 초기가 지나고부터, 계산식 1을 이용하여 계산온도를 생성할 수 있다. 기화된 원료물질의 배출 초기는 시간으로 구분하거나, 처리실(10)에서 처리되는 기판의 개수로 구분할 수 있다.
[계산식 1]
TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
[계산식 2]
TC = ((TSET + Toffset) - (TML × RML)) / (1 - RML)
여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, Toffset은 오프셋온도, TML은 원료물질의 온도를 나타낼 수 있다. 그리고 RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수일 수 있다.
설정온도(TSET)는 캐니스터(100) 내의 원료물질의 기화량이 기판에 공급할 기화된 원료물질의 공급량을 추종하도록 설정된 가열부의 기준 온도로서, 기판을 처리하는 공정의 공정 조건과 원료물질의 물성에 따라 소정의 온도로 정해질 수 있다. 이때, 설정온도(TSET)는 캐니스터(100)에 수용된 상태에서의 원료물질의 기화 온도보다 높은 소정의 온도일 수 있다.
오프셋온도(Toffset)는 기화된 원료물질의 최초 배출 시에, 기화량의 급증에 따라 원료물질의 온도가 하락되는 것에 대응하여, 원료물질의 온도가 하락되는 만큼 설정온도(TSET)에 미리 더해주는 온도일 수 있다.
예컨대 원료물질을 기화하여 기판상에 공급하는 공정을 수행할 때, 기화된 원료물질의 최초 배출 시 부터 소정 시간동안 원료물질의 온도를 측정하여, 원료물질의 온도 중 가장 낮은 온도를 선택하고, 설정온도(TSET)와 선택된 온도의 차이값을 구하여 오프셋온도(Toffset)로 설정할 수 있다.
원료물질의 온도의 이용비율(RML)은 캐니스터(100)로부터 처리실(10)로의 기화된 원료물질의 공급량이 클수록 1에 가까울 수 있고, 그 공급량이 작을수록 0에 가까울 수 있다.
이를 다르게 표면하면, 동일한 소정의 온도에서의 원료물질의 기화량이 클수록 원료물질의 온도의 이용비율(RML)의 값이 1에 가까울 수 있고, 그 기화량이 작을수록 0에 가까울 수 있다.
물론, 원료물질의 온도의 이용비율(RML)은 다른 방식으로 정해줄 수도 있다. 예컨대 기화된 원료물질의 증기압이 온도에 민감한 정도에 따라, 온도에 더 민감할수록 원료물질의 온도의 이용비율(RML)이 1에 가깝고, 온도에 덜 민감할수록 원료물질의 온도의 이용비율(RML)의 값이 0에 가까울 수 있다. 이때, 온도에 민감하다는 것은 온도 변화에 따른 증기압 변화의 정도가 상대적으로 큰 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 금속 유기물 화학기상증착 공정의 경우, 박막의 증착에 사용되는 원료물질은 그 온도의 이용비율이 0.5 초과 1 미만의 범위일 수 있고, 바람직하게는 0.6 내지 0.7의 범위일 수 있다.
이러한 원료물질의 온도의 이용비율(RML)은 실험으로 구할 수 있다. 예컨대 0 초과 1 미만의 범위 내에서 어느 한 상수를 실험값으로 선택한다. 그리고 원료물질을 이용하여 증착 공정을 반복 수행하면서 원료물질의 온도를 측정한다. 또한, 원료물질의 온도의 이용비율 대신에 실험값을 계산식에 사용하여 계산온도를 산출하고 계산온도로 가열부(400)를 가열시킨다. 이러한 일련의 실험을 반복하며, 원료물질의 온도의 시간에 따른 변화를 관찰하고, 원료물질의 온도가 설정온도(TSET)에 근접하게 되는 시간을 관찰한다. 그리고 실험값을 바꿔주면서 상술한 실험을 반복하여 원료물질의 온도가 설정온도(TSET)에 근접하게 되는 시간이 가장 빠른 실험값을 해당 원료물질에 대한 온도의 이용비율(RML)로 정한다. 이후, 원료물질의 종류별로 상술한 실험을 반복하여, 원료물질의 종류별로 온도의 이용비율(RML)을 구할 수 있다.
상술한 계산식들에 따르면, 기화된 원료물질이 캐니스터(100)로부터 배출되기 전에 설정온도(TSET)와 같거나 설정온도(TSET)보다 높은 온도로 원료물질의 온도(TML)가 유지되다가, 기화된 원료물질의 배출에 의해 원료물질의 온도(TML)가 설정온도(TSET)보다 낮아지게 되고, 이때, 계산식들로부터 계산되는 계산온도(TC)가 설정온도(TSET)보다 높아질 수 있다. 따라서, 제어부는 설정온도(TSET)보다 높은 계산온도(TC)로 가열부(400)를 가열해줄 수 있다.
즉, 제어부(600)는 기화된 원료물질의 배출 시 낮아진 원료물질의 온도가 설정온도로 회복될때까지, 계산온도를 산출하여 가열부(400)의 가열온도를 높여줄 수 있고, 이에, 원료물질의 온도를 신속하게 회복시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법은, 제어부(600)와 연결된 측정부(500)를 마련하고 제어부(600)와 연결된 가열부(400)를 마련하며 내부에 원료물질이 수용되는 캐니스터(100) 구조에서, 캐니스터(100)의 내부 온도를 측정하는 단계(S110), 측정된 캐니스터(100)의 내부 온도를 제어부(600)의 계산식에 적용하여 계산 온도를 산출하는 단계(S120), 가열부(400)의 온도를 계산 온도로 변경하는 단계(S130)를 포함한다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법은, 캐니스터(100) 내의 원료물질을 기화시키고, 기화된 원료물질을 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법은, 기화된 원료물질을 배출하는 단계를 수행하는 동안, 캐니스터(100)의 내부 온도를 측정하는 단계와, 내부 온도를 제어부(600)의 계산식에 적용하여 계산온도를 산출하는 단계와, 가열부(400)의 온도를 계산 온도로 변경하는 단계를 순서대로 반복할 수 있다.
캐니스터(100) 내의 원료물질을 기화시키는 단계를 수행한다.
우선, 공급부(300)가 캐니스터(100)의 내부에 액상의 원료물질을 소정량 공급한다. 이후, 가열부(400)를 설정온도(TSET)로 가열하여 원료물질을 기화시킨다. 이때, 원료물질의 기화에 의해 캐니스터(100)의 내부 압력이 증가될 수 있고, 내부 압력의 증가에 따라 원료물질의 온도가 설정온도(TSET)보다 높은 온도가 될 수도 있다.
기화된 원료물질을 배출하는 단계를 수행한다.
배출부(200)를 개방하여, 캐니스터(100)로부터 처리실 내의 처리공간으로, 캐니스터(100)의 내부에서 기화된 원료물질을 배출시킨다.
이때, 기화된 원료물질의 배출 초기에, 기화된 원료물질이 급격하게 배출될 수 있고, 캐니스터(100)의 내부 압력이 급격하게 저하될 수 있다. 이에, 캐니스터(100)의 내부에서 원료물질의 기화가 급격하게 이루어지면서, 원료물질의 온도가 급격하게 낮아지게 된다.
이러한 온도의 변화는 원료물질의 중심부 혹은 원료물질의 탕면의 중심에서 가장 빠르고, 가열부(400)와 가까울수록 온도 변화가 느리며, 가열부(400)와 가장 가까운 캐니스터(100)의 내벽 부근에서 온도 변화가 가장 느릴 수 있다.
상술한 기화된 원료물질을 배출하는 단계를 수행하는 동안, 내부 온도를 측정하는 단계와, 계산온도를 산출하는 단계와, 가열부(400)의 온도를 계산온도로 변경하는 단계를 순서대로 반복할 수 있다.
먼저, 캐니스터(100)의 내부 온도를 측정하는 단계(S110)를 수행한다.
측정부(500)를 이용하여 캐니스터(100)의 내부의 원료물질의 온도를 캐니스터(100)의 내부 온도로 측정할 수 있다. 이때, 캐니스터(100)의 내부의 중심부 부근에서 원료물질의 온도를 캐니스터(100)의 내부 온도로 측정할 수 있다. 측정된 원료물질의 온도는 제어부(600)로 출력될 수 있다.
이후, 측정된 내부 온도를 제어부(600)의 계산식에 적용하여 계산온도를 산출하는 단계(S120)를 수행하고, 가열부(400)의 온도를 계산온도로 변경하는 단계(S130)를 수행한다.
계산 온도를 산출하는 단계는, 원료물질의 기화량에 대한 캐니스터의 내부 온도와 가열부의 온도의 가중치를 근거로, 캐니스터의 내부 온도에 대한 계산식을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 원료물질의 기화량에 대한 캐니스터의 내부 온도의 가중치와, 가열부의 온도의 가중치는, 캐니스터의 내부 온도가 변하는 정도와 가열부의 온도가 변하는 정도가 각기 원료물질의 기화량의 변화에 영향을 끼치는 정도를 수치화한 것을 의미한다. 예컨대 원료물질의 기화량은 캐니스터의 내부 온도와 가열부의 온도에 영향을 받는다. 이때, 캐니스터의 내부 온도와 가열부의 온도가 동일한 상태에서, 캐니스터의 내부의 온도를 변화시켰을 때와, 가열부의 온도를 변화시켰을 때의 원료물질의 기화량의 변화량을 대비하여, 각각의 가중치를 구할 수 있다. 캐니스터의 내부의 온도를 변화시키는 방식은 다양할 수 있다. 예컨대 캐니스터의 내부의 압력을 조절하거나, 온도가 조절된 원료물질을 주입하여 주는 등의 방식을 사용할 수 있다.
이때, 원료물질의 기화량에 대한, 캐니스터의 내부 온도의 가중치와, 가열부의 온도의 가중치가 상이할 수 있다. 구체적으로 캐니스터의 내부 온도의 가중치가 더 높을 수 있다. 각각의 가중치를 구하면 이를 활용하여 이용비율을 정할 수 있고, 이용비율을 이용하여 계산식을 도출하고, 계산식에 측정된 캐니스터의 내부 온도를 대입하여 계산온도(TC)를 산출할 수 있다.
한편, 이용비율을 정하는 방식은 다양할 수 있다.
즉, 기화된 원료물질의 배출량에 따라, 이용비율(RML)을 정할 수 있고, 원료물질의 온도에 이용비율(RML)을 적용하여 계산온도(TC)를 산출할 수 있다.
기화된 원료물질의 배출량에 따라, 이용비율(RML)을 정하는 것은, 예컨대 기화된 원료물질의 배출량이 클수록 이용비율(RML)을 1에 가까운 값으로 정하고, 기화된 원료물질의 배출량이 작을수록 이용비율(RML)을 0에 가까운 값으로 정할 수 있다. 여기서, 기화된 원료물질의 배출량은 캐니스터(100)로부터 처리실로의 기화된 원료물질의 정해진 공급량을 의미할 수 있다. 예컨대 온도의 변화에 민감하게 반응하여 기화량이 변화가 큰 원료물질은 그렇지 않은 원료물질에 비하여 동일 온도에서 기화된 원료물질의 배출량이 더 클 수 있다. 따라서, 챔버에 공급할 기화물질의 온도가 정해지면, 해당 온도에서 기화량이 더 큰 원료물질을 1에 가까운 값으로 정하고, 기화량의 작은 원료물질을 0에 가까운 값으로 상대적으로 정할 수 있다. 이러한 이용비율(RML)은 조건이 동일한 캐니스터 내에 다양한 원료물질을 마련하여 다양한 온도로 기화시키며 기화량을 측정을 반복하는 소정의 실험을 통하여 구할 수 있다.
이용비율을 이용하여 하기의 계산식 1을 도출할 수 있고, 계산온도는 하기의 계산식 1로부터 생성할 수 있다.
[계산식 1]
TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수이다.
또한, 기화된 원료물질의 배출을 시작하여 미리 정해진 기준시간이 지난 시점부터는, 계산온도를 상기의 계산식 1로부터 생성하고, 기화된 원료물질의 배출을 시작한 시점부터 기준시간이 되는 시점까지는, 상기 계산온도를 하기의 계산식 2로부터 생성할 수 있다.
[계산식 2]
TC = ((TSET + Toffset) - (TML × RML)) / (1 - RML)
여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, Toffset은 오프셋온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수이다.
예컨대 설정온도(TSET)를 59도라고 하고, 원료물질의 온도의 이용비율(RML)을 0.6이라고 하고, 오프셋온도(Toffset)를 1도라고 할 때, 기화된 원료물질의 배출을 시작한 시점과 기준시간이 되는 시점 사이의 소정 시점(제1시점)에서 원료물질의 온도(TML)가 57도로 측정되면, 상술한 계산식 2에 의하여 계산온도(TC)가 64.3도로 계산될 수 있다. 이에, 제어부(600)는 가열부(400)의 온도를 59도에서 64.3도로 승온시키고, 이에, 원료물질의 온도(TML) 하락이 신속히 보상될 수 있다.
이와 마찬가지로, 기화된 원료물질의 배출을 시작한 시점과 기준시간이 되는 시점 사이이면서, 제1시점 이후의 제2시점에서, 원료물질의 온도(TML)가 57.5도로 측정되면, 상술한 계산식 2에 의하여, 계산온도(TC)가 63.75도로 계산될 수 있다. 이에, 제어부(600)는 가열부(400)의 온도를 64.3도에서 63.75도로 조절하고, 이에, 원료물질의 온도(TML)가 오버슈팅하는 것을 방지하면서 원료물질의 온도(TML) 하락을 신속히 보상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 원료물질의 온도(TML)를 연속적으로 혹은 주기적으로 측정하면서, 계산식 2 또는 계산식 1을 사용하여 계산온도(TC)를 계산하고, 계산온도로 가열부(400)를 가열하여, 원료물질의 온도를 설정온도(TSET)에 빠르게 수렴시킬 수 있다. 이에 따라, 캐니스터(100) 내의 원료물질의 온도를 설정온도로 안정적으로 유지할 수 있고, 기화된 원료물질을 이용한 막 증착 공정에서, 막의 두께를 일정하게 형성할 수 있다.도 3은 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법은, 제어부(600)와 연결된 측정부(500)를 마련하고 제어부(600)와 연결된 가열부(400)를 마련하며 내부에 원료물질을 수용하는 캐니스터(100)의 구조에서, 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계(S210)와, 측정된 캐니스터의 내부 온도와 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교 및 판단하는 단계(S220), 측정된 캐니스터의 내부 온도를 제어부의 계산식에 적용하여 계산 온도를 산출하는 단계(S230)를 포함한다. 즉, 본 발명의 변형 예에 따른 캐니스터 온도 제어 방법은, 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계와, 계산 온도를 산출하는 단계 사이에, 측정된 캐니스터의 내부 온도와 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교 및 판단하는 단계(S220)를 더 포함할 수 있다.
캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계(S210)와, 계산 온도를 산출하는 단계(S230)는 본 발명의 실시 예에 따른 내부 온도를 측정하는 단계(S110)와, 계산 온도를 산출하는 단계(S120)와 동일하므로, 이하에서 설명을 생략한다.
측정된 캐니스터의 내부 온도와 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교 및 판단하는 단계(S220)를 수행한다.
즉, 측정부(500)에서 측정된 캐니스터(100)의 내부 온도와 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교한다. 여기서, 캐니스터 설정 온도는, 캐니스터(100) 내의 원료물질의 기화량이 기판에 공급할 기화된 원료물질의 공급량을 추종하도록 설정된 가열부의 기준 온도와 동일한 온도일 수 있다. 즉, 캐니스터 설정 온도는 본 발명의 실시 예에서 설명하는 설정온도(TSET)에 대응할 수 있다.
비교 결과, 두 온도가 동일하면, 계산 온도를 산출하는 단계(S230)를 수행하지 않고, 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계(S210)로 되돌아갈 수 있다. 비교 결과, 두 온도가 상이하면 계산 온도를 산출하는 단계(S230)를 수행하고, 이어서, 가열부의 온도를 상기 계산 온도로 변경하는 단계를 수행할 수 있다.
한편, 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계(S210)부터 측정된 캐니스터의 내부 온도와 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교 및 판단하는 단계(S220)를 수행하는 동안, 캐니스터의 내부에서 기화된 원료물질을 챔버에 공급할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 방법으로 원료를 공급하며 원료의 온도를 측정한 결과를 비교 예와 대비하여 도시한 그래프이다.
본 발명의 실시 예에 따른 원료 공급 장치를 이용하여 막 증착 공정을 수행하면서 원료물질을 공급하고, 이때의 캐니스터 내의 원료물질의 온도 변화를 그래프로 나타내었다.
마찬가지로, 본 발명의 비교 예에 따른 원료 공급 장치를 적용하여 막 증착 공정을 수행하면서 원료물질을 공급하고, 이 때의 캐니스터 내의 원료물질의 온도 변화를 그래프로 나타내었다.
여기서, 비교 예에 따른 원료 공급 장치의 측정부는 캐니스터의 내부 온도 대신에 캐니스터의 측벽의 온도를 측정하였고, 제어부는 측정부에서 측정된 캐니스터의 측벽의 온도와 미리 설정된 설정온도의 차이값만큼 가열부의 온도를 승온 혹은 냉각시키는 방식으로 가열부의 온도를 제어하였다.
여기서, 도 3의 그래프의 X축은 기화된 원료물질의 배출 시간을 나타내는 축이고 단위는 초이다. 도 3의 그래프의 Y축은 원료물질의 온도를 나타내는 축이며 단위는 섭씨온도(℃)이다. 여기서, 실시 예와 비교 예의 설정온도는 각각 59도(℃)를 예시한다.
도 4의 A는 비교 예에 따른 막 증착 공정에서의 캐니스터 내의 원료물질의 시간에 따른 온도 변화를 보여주고 있다. 도 4의 B 및 C는 실시 예에 따른 막 증착 공정에서의 캐니스터 내의 원료물질의 시간에 따른 온도 변화를 보여주고 있다. 이때, 도 4의 C는 기화된 원료물질의 배출 시간을 배출 초기와 그 이후 구간으로 구분하여 배출 초기의 계산식에 오프셋온도를 적용한 경우이다.
비교 예(A)는 실시 예(B, C)들에 비하여 원료물질의 온도가 설정온도를 회복하는데 걸리는 시간이 긴 것과, 원료물질의 온도가 설정온도 이상으로 오버슈팅하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 실시 예들을 보면, 비교 예보다 원료물질의 온도가 설정온도까지 빠르게 회복하는 것과, 오버슈팅이 억제되고 설정온도를 안정적으로 유지하는 것을 확인할 수 있다.
이로부터 본 발명의 실시 예에 따르면, 온도 변화에 민감한 캐니스터의 내부온도를 그대로 사용하지 않고, 계산온도를 산출하여 가열부의 가열에 활용함으로써, 캐니스터의 내부온도의 오버슈팅을 방지하면서 캐니스터의 내부온도를 설정온도로 신속하게 회복시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 캐니스터
200: 배출부
300: 공급부
400: 가열부
500: 측정부
600: 제어부

Claims (12)

  1. 제어부와 연결된 측정부를 마련하고 상기 제어부와 연결된 가열부를 마련하며 내부에 원료물질을 수용하는 캐니스터 구조에서,
    상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계;
    측정된 캐니스터의 내부 온도를 상기 제어부의 계산식에 적용하여 계산 온도를 산출하는 단계;
    상기 가열부의 온도를 상기 계산 온도로 변경하는 단계;를 포함하는 캐니스터 온도 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계산 온도를 산출하는 단계는,
    상기 원료물질의 기화량에 대한 상기 캐니스터의 내부 온도와 상기 가열부의 온도의 가중치를 근거로, 캐니스터의 내부 온도에 대한 상기 계산식을 도출하는 단계;를 포함하고,
    상기 원료물질의 기화량에 대한, 캐니스터의 내부 온도의 가중치와, 가열부의 온도의 가중치가 상이한 캐니스터 온도 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    캐니스터 내의 원료물질을 기화시키고, 기화된 원료물질을 배출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 기화된 원료물질을 배출하는 단계를 수행하는 동안,
    상기 내부온도를 측정하는 단계와, 상기 계산온도를 산출하는 단계와, 상기 가열부의 온도를 상기 계산 온도로 변경하는 단계를 순서대로 반복하는 캐니스터 온도 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계는,
    상기 캐니스터의 내부의 원료물질의 온도를 상기 캐니스터의 내부 온도로 측정하는 단계;를 포함하는 캐니스터 온도 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 계산온도를 산출하는 단계는,
    상기 원료물질의 온도에 이용비율을 적용하여 상기 계산온도를 생성하는 단계;를 포함하는 캐니스터 온도 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 계산온도를 산출하는 단계는,
    상기 계산온도를 생성하는 단계 이전에, 기화된 원료물질의 배출량에 따라, 상기 이용비율을 정하는 단계;를 포함하는 캐니스터 온도 제어 방법.
  7. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 계산온도는 하기의 계산식 1로부터 생성하는 캐니스터 온도 제어 방법.
    [계산식 1]
    TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
    (여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수)
  8. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 계산온도를 산출하는 단계는,
    기화된 원료물질의 배출을 시작하여 미리 정해진 기준시간이 지난 시점부터는, 상기 계산온도를 하기의 계산식 1로부터 생성하고,
    기화된 원료물질의 배출을 시작한 시점부터, 상기 기준시간이 되는 시점까지는, 상기 계산온도를 하기의 계산식 2로부터 생성하는 캐니스터 온도 제어 방법.
    [계산식 1]
    TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
    [계산식 2]
    TC = ((TSET + Toffset) - (TML × RML)) / (1 - RML)
    (여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, Toffset은 오프셋온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수)
  9. 제어부와 연결된 측정부를 마련하고 상기 제어부와 연결된 가열부를 마련하며 내부에 원료물질을 수용하는 캐니스터 구조에서,
    상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 단계;
    측정된 캐니스터의 내부 온도와 상기 제어부에 입력된 캐니스터 설정 온도를 비교 및 판단하는 단계;
    상기 측정된 캐니스터의 내부 온도를 상기 제어부의 계산식에 적용하여 계산 온도를 산출하는 단계;를 포함하는 캐니스터 온도 제어 방법.
  10. 원료물질이 수용되는 캐니스터;
    상기 캐니스터의 내부의 원료물질을 가열하도록 상기 캐니스터에 구비되는 가열부;
    상기 캐니스터의 내부 온도를 측정하는 측정부;
    상기 내부 온도를 이용하여 계산온도를 산출하고, 상기 계산온도로 상기 캐니스터의 내부 온도를 변경시키는 제어부;를 포함하는 원료 공급 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 내부온도 측정부는 상기 캐니스터의 내부에서 기화된 원료물질의 배출이 시작되면 상기 캐니스터의 내부의 원료물질의 온도를 상기 내부온도로 측정하고,
    상기 제어부는 상기 원료물질의 온도에 이용비율을 적용하여 상기 계산온도를 생성하는 원료 공급 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는 상기 캐니스터의 내부온도의 측정 시점에 따라, 하기의 계산식 1 및 계산식 2 중 어느 하나의 계산식을 이용하여 상기 계산온도를 생성하는 원료 공급 장치.
    [계산식 1]
    TC = (TSET - (TML × RML)) / (1 - RML)
    [계산식 2]
    TC = ((TSET + Toffset) - (TML × RML)) / (1 - RML)
    (여기서, TC는 계산온도, TSET은 설정온도, Toffset은 오프셋온도, TML은 원료물질의 온도, RML은 원료물질의 온도의 이용비율로서 0과 1 사이의 상수)
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