CN1800433B - 使用噪声消除器的沉积***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

沉积***及其控制方法利用噪声消除器消除在测量沉积率的过程中产生的噪声的影响，以精确地控制沉积率，并获得理想厚度的薄膜。沉积***包括沉积设备。沉积率传感器测量沉积设备的沉积率。噪声消除器消除所测量的沉积率的噪声成分。能量供给单元根据噪声消除器的输出调整提供给沉积设备的能量。

Description

使用噪声消除器的沉积***及其控制方法

要求优先权

本申请参考、合并以及要求2005年1月6日在韩国知识产权局递交的三个在先申请的优先权，其分配的序列号分别是10-2005-0001086、10-2005-0001087和10-2005-0001088。

技术领域

本发明涉及沉积***及其控制方法，更具体地说，涉及利用噪声消除器消除在测量沉积率的过程中产生的噪声的影响以精确地控制沉积率的沉积***，以及控制该沉积***的方法。

背景技术

沉积***包括沉积设备、沉积率传感器和能量供给单元。沉积设备包括蒸发器和喷射器。沉积率传感器测量沉积设备的沉积率。能量供给单元根据沉积率传感器测量的沉积设备的沉积率调整供给沉积设备的能量。利用频率与重量成反比的水晶测量沉积率的水晶传感器用作沉积率传感器。由沉积率传感器测量的沉积率包括由于电波造成的噪声、由于输电线造成的噪声、由于冷却水流量的波动造成的噪声和由于沉积源移动造成的噪声。因此，当由沉积率传感器测量的沉积率提供给能量供给单元时，沉积率由于噪声而改变。这导致形成的薄膜的厚度不理想。

发明内容

因此，在本发明的一个方面提供一种沉积***和控制该沉积***的方法，沉积***利用噪声消除器消除在测量沉积率的过程中产生的噪声影响，以精确地控制沉积率，并且因此获得理想厚度的薄膜。

通过提供一种沉积***可以获得上述和/或本发明的其它方面，该沉积***包括：沉积设备；适于测量该沉积设备的沉积率的沉积率传感器；适于消除所测量的沉积率的噪声成分的噪声消除器；和适于根据该噪声消除器的输出调整供给沉积设备的能量的能量供给单元。

根据本发明的第二方面，提供一种沉积***，包括：沉积设备；向该沉积设备提供能量的能量供给单元；适于测量沉积设备沉积率的沉积率传感器；和噪声消除器，当测量时限内的沉积率与等于或大于测量时限的预定百分数的时限内的沉积率处于同一范围时，根据所测量沉积率的范围控制能量供给单元以改变供给沉积设备的能量。

根据本发明的第三方面，提供一种控制沉积***的方法，包括：(a)测量沉积设备的沉积率；(b)确定测量时限内的沉积率与大于测量时限预定百分数的时限内的沉积率是否处于同一范围内；(c)当测量时限内的沉积率与大于测量时限预定百分数的时限内的沉积率处于同一范围内时，根据测量的沉积率的范围改变供给沉积设备的能量；和(d)重复步骤(a)至(c)。

附图说明

因为通过结合附图参考以下详细的描述本发明变得更好理解，所以本发明更加完整的评价以及随后的优点将很明显，附图中相似的附图标记指示相同或相似的元件，其中：

图1是沉积***图；

图2是根据本发明实施例的沉积***图；

图3是包括在图2的沉积***中的噪声消除器的示例的FIR滤波器图；

图4是包括在图2的沉积***中的噪声消除器的另一示例的IIR滤波器图；

图5是当噪声消除器的带宽逐渐降低时，包括在图2的沉积***中的噪声消除器随着时间推移的输出变化图；

图6是根据本发明实施例的控制沉积***的方法的流程图；和

图7是根据本发明另一实施例的控制沉积***的方法的流程图。

具体实施方式

图1是沉积***图。参见图1，沉积***包括沉积设备10、沉积率传感器20和能量供给单元30。沉积设备10包括蒸发器和喷射器。沉积率传感器20测量沉积设备10的沉积率。能量供给单元30根据沉积率传感器20所测量的沉积设备10的沉积率调整供给沉积设备的能量。利用频率与施加的重量成反比的水晶测量沉积率的水晶传感器用作沉积率传感器20。由沉积率传感器20测量的沉积率包括由于电波造成的噪声、由于输电线造成的噪声、由于冷却水流量的波动造成的噪声和由于沉积源移动造成的噪声。因此，当由沉积率传感器20测量的沉积率提供给能量供给单元30时，沉积率由于噪声而改变。这导致形成的薄膜的厚度不理想。

图2是根据本发明实施例的沉积***图。参见图2，根据本发明实施例的沉积***包括沉积设备110、沉积率传感器120、噪声消除器130和能量供给单元140。

尽管蒸发器或喷射器都可以用作沉积设备10，然而在本发明的这个实施例中用蒸发器。沉积设备110包括真空室111和沉积源112。真空室111保持其中为真空状态。沉积源112的沉积率根据能量供给单元140提供的能量控制。沉积源112包括沉积材料113、蒸发皿114和线圈115。沉积材料113在高温下蒸发。沉积材料113装在蒸发皿114上。线圈115与能量供给单元140相连并给蒸发皿114加热。沉积设备110在其中设置基板116或其中设置基板116和掩膜117的情况下操作，因此可以在基板116上沉积理想厚度的沉积材料113。

进一步，在一个实施例中，尽管水晶传感器可以用作沉积率传感器120，然而本发明不局限于此。

利用频率与施加的重量成反比的水晶测量沉积率的水晶传感器用作沉积率传感器120。利用当施加到水晶上的重量由于沉积增加时频率降低的原理，沉积率传感器120基于重量测量所施加的重量的增加率，也就是沉积率。

此外，噪声消除器130执行消除从沉积率传感器120输出的沉积率的噪声成分的功能。

低通滤波器(以下称LPF)可以用作噪声消除器130。LPF执行消除或降低从沉积率传感器120输出的噪声，也就是高频成分，并随后将结果提供给能量供给单元140的功能。这仅是一个实施例，而噪声消除器130不局限于此。

根据本发明实施例的沉积***的以下描述假定噪声消除器130通过LPF实现。

LPF 130可以通过模拟电路或数字电路实现。LPF 130也可以通过在其中执行LPF程序的处理器实现。

具有电阻器和电容器的RC电路是模拟电路的示例。有限冲激响应(FIR)滤波器或无限冲激响应(IIR)滤波器可以用作数字电路。

当LPF 130通过处理器实现时，LPF 130可以被编程以执行与处理器FIR滤波器或IIR滤波器相同的操作。

图3是作为包括在图2的沉积***中的噪声消除器的示例的FIR滤波器图。

参见图3，LPF 130包括多个寄存器131、多个乘法器132和一个加法器133。

多个寄存器131将来自沉积率传感器120的沉积率输入依次移位。

多个乘法器132对多个寄存器131的输出和滤波系数K1至Kn做乘法并输出。滤波系数K1至Kn中的每一个都有预定值。当所有的滤波系数K1至Kn是1时，LPF 130不包括乘法器132。多个寄存器131的输出直接传输给加法器133。

加法器133执行计算多个乘法器132输出的总和的功能。输入到加法器133的沉积率值的数量决定平均窗和带宽。当沉积率的输入时间间隔是0.1秒时，沉积率的数量是10，时间间隔和平均窗的数量相乘变成1秒。随着输入到加法器133的沉积率值的数量增加，LPF 130的带宽降低。与此相反，随着沉积率值的数量的降低，LPF 130的带宽增加。加法器133可以由全加法器组合、半加法器组合或全加法器和半加法器组合构成。

图4是作为包括在图2的沉积***中的噪声消除器的另一示例的IIR过滤器图。

参见图4，LPF 130包括加法器136、寄存器137、第一乘法器138和第二乘法器139。

加法器136执行对从沉积率传感器120输出的沉积率输入和作为反馈成分的第一乘法器138的输出做加法的功能。寄存器137响应时钟信号CLK而操作，并将加法器136的输出延迟和传输给第一乘法器138。第一乘法器138将寄存器137的输出与第一系数K1相乘并输出。第一系数K1具有从0到1的值。随着第一系数K1接近0，LPF 130的带宽降低。与此相反，当第一系数K1接近1时，LPF 130的带宽增加。第二乘法器139将加法器136的输出与第二系数K2相乘并输出。第二系数K2可以是(1-第一系数)。当第二系数K2是1时，第二乘法器可以省略。

如上所述，包括在本发明沉积***中的LPF 130首先设置宽带宽，并随后降低带宽。

如果带宽从初始状态就设置得小，那么LPF 130因为较少地受到噪声影响，所以很有利。然而，在这种情况下，LPF 130因为长时间地集中于一点，所以存在问题。

如果带宽增加，集中于一点所占用的时间降低。然而，LPF 130显著地受到噪声的影响。

因此，在本发明的实施例中，LPF 130的带宽在初始阶段设置得宽，并随后降低。这使得由于噪声造成的影响降低，并且直到会聚所占用的时间也降低。

能量供给单元140根据LPF 130的输出调整供给沉积设备110的能量。当LPF 130的输出，也就是其中消除了噪声的测量沉积率，大于目标沉积率时，能量供给单元140降低供给沉积设备110的能量。与此相反，当LPF 130的输出，也就是其中消除了噪声的测量沉积率，小于目标沉积率时，能量供给单元140增加供给沉积设备110的能量。

图2的沉积***在前述方式下工作，并降低在沉积率传感器120中发生的噪声影响，这允许沉积率精确地被控制。

图5为当噪声消除器的带宽逐渐降低时，包括在图2的沉积***中的噪声消除器随着时间的推移的输出变化图。

在图5中，横轴表示时间，纵轴表示通过LPF后的沉积率。在图5中，首先将平均窗的值设为1秒。接下来，平均窗的值依次变化成4秒和10秒。因此，图5示出通过在逐渐降低带宽的同时测量沉积率而获得的值。如图5所示，应该注意到随着时间的推移由于噪声造成的影响降低。

当从沉积率传感器120输出的沉积率在预定的测量时限内持续保持相同的范围时，包括在本发明沉积***内的噪声消除器130确定在沉积率中不包括噪声。随后，噪声消除器130将沉积率传输给能量供给单元140，因此，控制提供给沉积设备110的能量。

与此相反，当从沉积率传感器120输出的沉积率在预定的测量时限内持续保持不同的范围时，包括在本发明沉积***内的噪声消除器130确定在沉积率中包括噪声。噪声消除器130随后消除包括在沉积率中的噪声，以获得补偿后的沉积率信息。噪声消除器130将补偿后的沉积率信息传输给能量供给单元140，因此，控制提供给沉积设备110的能量。

当在沉积率中包括噪声时，沉积率不被考虑，能量供给单元140可以保持在先前状态下的能量水平。

例如，当从沉积率传感器120输出的沉积率在通过噪声消除器130的测量时限内持续地大于目标沉积率时，噪声消除器130确定沉积率中不包括噪声，并且能量供给单元140被控制，以降低提供给沉积设备110的能量。

此外，当从沉积率传感器120输出的沉积率在测量时限的部分时限内大于目标沉积率，但在其余时限内小于目标沉积率时，噪声消除器130确定沉积率中包括噪声，从沉积率中消除噪声，并将补偿后的沉积率信息传输给能量供给单元140，因此控制提供给沉积设备110的能量。

也就是说，从沉积率传感器120输出的更正之前的沉积率不被考虑，这样该沉积率不能控制能量供给单元140。

当在沉积率中包括噪声时，沉积率不被考虑，借此能量供给单元140可以保持在先前状态下的能量。

此外，当沉积率在测量时限的预定时限内在同一范围时，噪声消除器130确定在沉积率中不包括噪声并因此控制能量供给单元140。与此相反，当沉积率在测量时限的预定时限内在不同范围时，噪声消除器130确定在沉积率中包括噪声，并消除包括在沉积率中的噪声，以获得补偿后的沉积率信息。噪声消除器130将补偿后的沉积率信息传输给能量供给单元140，因此控制提供给沉积设备110的能量。

例如，当从沉积率传感器120输出的沉积率持续大于通过噪声消除器130的等于或大于测量时限70％的时限时，可以确定沉积率中不包括噪声。因此，噪声消除器130控制能量供给单元140，以降低提供给沉积设备110的能量。

与此相反，当从沉积率传感器120输出的沉积率持续大于或小于通过噪声消除器130的小于测量时限70％的时限，并且沉积率持续小于或大于其余时限时，可以确定沉积率中包括噪声。因此，噪声消除器130消除包括在沉积率中的噪声，并将补偿后的沉积率信息传输给能量供给单元140，因此控制提供给沉积设备110的能量。

也就是说，从沉积率传感器120输出的更正之前的沉积率不被考虑，从而该沉积率不能控制能量供给单元140。

当确定沉积率中包括噪声时，沉积率不被考虑，借此能量供给单元140可以保持在先前状态下的能量。

较佳地，测量时限等于或大于一秒。

其原因在于用实验方法测量的噪声的长度不超过一秒。当测量时限被设置成小于一秒时，沉积率由于噪声在测量时限内可以具有常数范围。因此，在这种情况下，这使得噪声控制能量供给单元140。

也就是说，为了解决上述问题，测量时限适合大于一秒，其比噪声的长度长。

此外，在噪声消除器130中，测量时限在初始阶段被设置得更短以提高收敛速度。其后，测量时限被设置成逐渐变长，以进一步降低噪声造成的影响。

首先描述噪声消除器130通过LPF实现的情况。

此外，能量供给单元140根据噪声消除器130的输出执行调整提供给沉积设备110能量的功能。当噪声消除器130的输出指示沉积率高于目标沉积率时，能量供给单元140降低供给沉积设备110的能量。与此相反，当噪声消除器130的输出指示沉积率低于目标沉积率时，能量供给单元140提高供给沉积设备110的能量。

如果噪声消除器130的输出指示不考虑测量的沉积率，能量供给单元140可以维持在先前状态下的能量。

并且，能量供给单元140根据能量增加和降低需求首先将供电变化单位调大，以提高收敛速度。此后，能量供给单元140逐渐将供电变化单位调小，以进一步降低噪声的影响。

图2的沉积***在上述方式下工作，以降低在沉积率传感器120中发生的噪声影响，这允许沉积率精确地被控制。

此外，通过逐渐增加噪声消除器130的测量时限或逐渐降低能量变化单位，提高收敛速度并降低由于噪声造成的影响。

图6是根据本发明实施例的控制沉积***的方法的流程图。

参见图6，控制沉积***的方法包括如下步骤：测量沉积率(S11)；确定在测量时限内所测量的沉积率是否处于同一范围(S12)；改变供电(S13)；增加测量时限(S14)。

步骤S11在测量时限内测量沉积设备的沉积率。

确定在测量时限内测量的沉积率是否在同一范围内(步骤S12)。如果在测量时限内测量的沉积率在同一范围内，那么根据测量的沉积率的范围改变提供的能量(步骤S13)。如果在测量时限内测量的沉积率在不同范围内，那么不考虑测量的沉积率，并且提供的能量维持在先前值。在步骤S12中，确定在大于测量时限的预定百分数的时限内测量的沉积率是否在同一范围内。

当在大于测量时限的预定百分数的时限内测量的沉积率在同一范围内时，根据测量的沉积率的范围改变提供的能量(步骤S13)。与此相反，当在大于测量时限的预定百分数的时限内测量的沉积率在不同范围内时，不考虑测量的沉积率，并且提供的能量维持在先前值。

在步骤S13中，根据沉积率的范围改变提供给沉积设备的能量。

例如，假定测量的沉积率分成具有测量时限的第一范围和第二范围的两个范围。第一范围指示测量的沉积率大于目标沉积率的情况，第二范围指示测量的沉积率小于目标沉积率的情况。当测量的沉积率处于测量时间的第一范围时，提供给沉积设备的能量降低。当测量的沉积率处于测量时间的第二范围时，提供给沉积设备的能量增加。

步骤S14增加测量时限。步骤S14不是每个循环都执行，而是在预定的时间推移后执行，也就是在循环重复预定次后执行。

步骤S14可以只执行一次。步骤S14也可以按照在预定的时限过去后步骤S14再执行一次的方式执行两次。控制沉积***同时将测量时限保持在常数值的方法可以省略步骤S14。

图7是根据本发明另一实施例的控制沉积***的方法的流程图。

图7的控制沉积***的方法的步骤S11、S12和S13与图6的控制沉积***的方法的对应步骤相同。

步骤S15降低能量变化单位。步骤S15不是每个循环都执行，而是在预定的时间推移后执行，也就是在循环重复预定次后执行。步骤S15可以只执行一次。步骤S14也可以按照在预定的时限过去后步骤S15再执行一次的方式执行两次。

控制沉积***同时将测量时限保持在常数值的方法可以省略步骤S15。

尽管已经示出和描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解不脱离本发明的原则和精神可以对这些实施例做修改，本发明的范围由所附权利要求限定。

如上所述，根据本发明实施例的沉积***及控制沉积***的方法，利用噪声消除器消除在沉积率传感器中测量的噪声，因此精确地控制了沉积率并获得了理想厚度的薄膜。

此外，根据本发明实施例的沉积***及控制沉积***的方法逐渐增加测量时限或逐渐降低能量变化单位，因此提高了收敛速度并降低了噪声影响。

Claims (16)

1.一种沉积***，包括：

沉积设备；

适于测量该沉积设备的沉积率的沉积率传感器；

适于消除所测量的沉积率的噪声成分并且输出消除了噪声成分的所测量的沉积率的噪声消除器；和

适于根据该噪声消除器的所述输出调整提供给所述沉积设备的能量的能量供给单元，

其中所述能量供给单元适于当所述噪声消除器的输出大于目标沉积率时降低提供给所述沉积设备的能量，并且其中所述能量供给单元适于当所述噪声消除器的输出小于目标沉积率时增加提供给所述沉积设备的能量。

2.根据权利要求1所述的沉积***，其中所述沉积设备选自由蒸发器和喷射器组成的组。

3.根据权利要求1所述的沉积***，其中所述噪声消除器包括低通滤波器。

4.根据权利要求3所述的沉积***，其中所述低通滤波器选自由模拟低通滤波器、数字低通滤波器和包括适于执行低通滤波器操作的程序的处理器组成的组。

5.根据权利要求3所述的沉积***，其中所述低通滤波器适于根据时间的推移降低带宽。

6.根据权利要求3所述的沉积***，其中所述低通滤波器包括：

多个寄存器，适于根据时钟信号将沉积率传感器测量的沉积率顺序移位；和

加法器，适于对所述寄存器的输出求和，并输出求和后的值作为所述低通滤波器的输出。

7.根据权利要求3所述的沉积***，其中所述低通滤波器包括：

第一乘法器，适于用第一系数做乘法；

加法器，适于对所述沉积率传感器测量的沉积率和所述第一乘法器的输出求和，并输出求和后的结果作为所述低通滤波器的输出；

寄存器，适于根据时钟信号延迟和输出所述加法器的输出；和

第二乘法器，适于使所述寄存器的输出与第二系数相乘。

8.一种沉积***，包括：

沉积设备；

能量供给单元，适于向该沉积设备提供能量；

沉积率传感器，适于测量所述沉积设备的沉积率；和

噪声消除器，适于当测量时限内的沉积率与等于或大于测量时限的预定百分数的时限内的沉积率处于同一范围时，根据所测量的沉积率的范围控制所述能量供给单元，以改变提供给所述沉积设备的能量，并且适于当测量时限内的沉积率与大于测量时限的预定百分数的时限内的沉积率处于不同范围时，控制所述能量供给单元以使得提供给所述沉积设备的能量维持在先前值上，

其中所述噪声消除器适于在所述沉积率的范围大于目标沉积率时控制能量供给单元以降低供给所述沉积设备的能量，并且其中所述噪声消除器适于在所述沉积率的范围小于目标沉积率时控制能量供给单元以提高供给所述沉积设备的能量。

9.根据权利要求8所述的沉积***，其中所述噪声消除器适于消除包括在沉积率中的噪声以获得补偿后的沉积率信息，并适于将补偿后的沉积率信息提供给所述能量供给单元以控制提供给所述沉积设备的能量。

10.根据权利要求8所述的沉积***，其中所述沉积设备选自由蒸发器和喷射器组成的组。

11.根据权利要求8所述的沉积***，其中所述测量时限等于或大于一秒。

12.根据权利要求8所述的沉积***，其中所述噪声消除器适于根据时间的推移增加测量时限。

13.根据权利要求8所述的沉积***，其中所述噪声消除器适于根据时间的推移降低能量变化单位。

14.一种控制沉积***的方法，该方法包括：

(a)测量沉积设备的沉积率；

(b)确定测量时限内的沉积率与大于测量时限预定百分数的时限内的沉积率是否处于同一范围；

(c)当测量时限内的沉积率与大于测量时限预定百分数的时限内的沉积率处于同一范围时，根据所测量的沉积率的范围改变提供给沉积设备的能量，并且当测量时限内的沉积率与大于测量时限预定百分数的时限内的沉积率处于不同范围时，将提供给沉积设备的能量维持在先前值；和

(d)重复步骤(a)至(c)，

其中，在步骤(c)中，当沉积率的范围大于目标沉积率时，消除器控制能量供给单元以降低提供给沉积设备的能量，当沉积率的范围小于目标沉积率时，消除器控制能量供给单元以增加提供给沉积设备的能量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(d)包括在重复步骤(a)至(c)预定次数后增加测量时限。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(d)包括在重复步骤(a)至(c)预定次数后降低能量变化单位。

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