KR20180027140A - Apparatus and Method for controlling film-thickness in inline-type vapor deposition process - Google Patents

Apparatus and Method for controlling film-thickness in inline-type vapor deposition process Download PDF

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Abstract

The objective of the present invention is to provide a thin film thickness control method and a device thereof in an inline-type thin film deposition process for measuring the thickness of a thin film by coupling a quartz oscillator to an inline-type large thin film deposition device and for correcting the moving speed of a substrate which is an object to be deposited. Accordingly, an occurrence effect of changes in the deposited thin film thickness according to changes in various environmental conditions such as voltage, current, and the degree of a vacuum, and the like can be minimized, and stable thin film thickness control can be realized.

Description

인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법 및 장치 {Apparatus and Method for controlling film-thickness in inline-type vapor deposition process}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-line type thin film deposition process,

본 발명은 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인라인 타입 박막 증착 공정에 의하여 만들어지는 박막의 두께를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film thickness control method and apparatus in an inline type thin film deposition process, and more particularly, to a method and apparatus for more precisely controlling the thickness of a thin film formed by an inline type thin film deposition process will be.

박막을 증착하는 방식에는 크게 화학적 반응을 동반한 CVD(chemical vapor deposition)와 화학반응 없이 단순히 증착된 PVD(physical vapor deposition) 방식으로 나누어지며, CVD, PVD 각각의 방법은 공정 온도나 플라즈마 등을 이용하여 더욱 세분화될 수 있다.The method of depositing the thin film is divided into chemical vapor deposition (CVD) with chemical reaction and physical vapor deposition (PVD), which is simply vapor deposition without chemical reaction. The CVD and PVD methods are performed using process temperature or plasma Can be further subdivided.

일반적으로 광학렌즈의 IR(infrared film), AR(anti reflex film) 및 특정 파장대만을 투과시키는 필터 등의 광학부품을 제작할 때는 PVD 방식 중 이베포레이션(evaporation) 방식이 전통적으로 사용되어 왔다. 한편 LCD 기판의 대형화에 따라 이베포레이션 방식 적용이 어려워지거나, 스마트폰 등의 터치패널에 광학 박막 증착 시 제작 단가를 저감하기 위한 목적 등에 의하여, 대형 기판 전체 또는 다량의 기판에 동시에 증착할 수 있도록 기판 이송을 이용한 스퍼터링(sputtering) 방식의 사용이 증가하고 있다.In general, an evaporation method of PVD has been used conventionally when manufacturing optical parts such as an infrared lens (IR), an AR (anti-reflex film) and a filter for transmitting a specific wavelength band of an optical lens. On the other hand, it is difficult to apply the iVaporation method according to the enlargement of the LCD substrate, or to simultaneously deposit on the large-sized substrate or the large-sized substrate for the purpose of reducing the manufacturing cost when the optical thin film is deposited on the touch panel The use of a sputtering method using substrate transfer is increasing.

일반적으로 전자빔을 이용하는 이베포레이션 방식 또는 스퍼터링 방식을 이용한 박막 증착 시, 박막이 증착되는 대상물이 정지해 있는 상태일 때에는 수정진동자를 이용하여 실시간으로 두께 측정이 이루어지도록 할 수 있다. 수정진동자를 이용한 두께 측정 원리는, 논문 "수정진동자를 이용한 박막의 흡착 측정"(김병철, 박정우, 김영한, 화학공학 제48권 제3호, 2010년 6월) 등에 잘 개시되어 있다. 간략히 설명하자면 다음과 같다. 수정진동자는 얇은 수정판의 양쪽에 금속 전극을 설치한 형태로 이루어지며, 전극에 전기를 인가하면 수정판이 두께방향에 수직으로 평행하게 왕복운동을 하게 되는데, 이때의 진동은 고유의 공진주파수에 따른다. 이 주파수는 수정판의 두께와 전극의 크기에 따라 고유한 값을 가지지만, 전극표면에 다른 물질이 부착되면 바로 이 공진주파수 값에 미세한 변화가 발생하게 된다. 이러한 공진주파수의 변화량을 측정함으로써 전극표면에 흡착된 물질의 흡착량을 산출해 낼 수 있으며, 이러한 원리를 이용하여 흡착된 박막의 두께를 측정해 낼 수 있게 된다.Generally, when thin film deposition using an electron beam or sputtering method is used, the thickness measurement can be performed in real time using a quartz oscillator when the object on which the thin film is deposited is stationary. The principle of thickness measurement using a quartz crystal is well disclosed in the article entitled " Measurement of adsorption of a thin film using a quartz oscillator "(Kim Byeong-cheol, Park Jung Woo, Kim Young Han, Chemical Engineering Vol. 48, No. 3, June 2010). A brief explanation is as follows. The quartz crystal is formed by metal electrodes on both sides of a thin crystal plate. When electricity is applied to the electrodes, the crystal plate reciprocates perpendicularly to the thickness direction, and the oscillation depends on the resonance frequency. This frequency has a unique value depending on the thickness of the crystal plate and the size of the electrode. However, if another substance adheres to the surface of the electrode, a minute change occurs in the resonance frequency value. By measuring the change amount of the resonance frequency, the adsorption amount of the substance adsorbed on the electrode surface can be calculated, and the thickness of the adsorbed thin film can be measured using this principle.

도 1은 이베포레이션 방식에서의 수정진동자를 이용한 두께 측정 방식의 개략도이다. 이베포레이션 방식의 박막 증착 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 타겟물질(증착물질)이 담겨진 원료용기의 상부에 증착대상물(기판)이 배치되도록 이루어진다. 박막 증착 과정을 간략히 설명하자면, 원료용기에 전자빔을 쏘거나 열을 가하면 타겟물질이 증발하며, 이와 같이 증발한 타겟물질은 상측으로 이동하여 증착대상물에 달라붙음으로써, 증착대상물 상에 박막 증착이 이루어지게 된다. 이 때, 증착대상물과 비슷한 위치에 수정진동자를 배치하여, 증착대상물과 마찬가지로 수정진동자 상에 박막 증착이 이루어지게 한다. 앞서 간략히 설명한 바와 같이, 수정진동자 상에 흡착된 타겟물질의 흡착량 즉 박막의 두께는 수정진동자의 공진주파수 변화를 이용하여 산출해 낼 수 있다.1 is a schematic view of a thickness measuring method using a quartz vibrator in an evement method. As shown in FIG. 1, an evaporation type thin film deposition apparatus is configured such that an object to be deposited (substrate) is disposed on an upper portion of a raw material container containing a target material (deposition material). The thin film deposition process is briefly described as follows. When an electron beam is shot or heat is applied to the raw material container, the target material evaporates, and the evaporated target material moves upward to adhere to the deposition target, thereby depositing a thin film on the deposition target . At this time, a quartz oscillator is disposed at a position similar to the object to be deposited, so that thin film deposition is performed on the quartz crystal as in the case of the object to be vapor-deposited. As described briefly above, the adsorption amount of the target material adsorbed on the quartz crystal, that is, the thickness of the thin film, can be calculated using the change in resonant frequency of the quartz crystal.

만일 도 1(A)에서와 같이 수정진동자가 증착대상물과 똑같은 위치에 배치되었다면, 증착대상물 상에 형성된 박막의 두께와 수정진동자 상에 형성된 박막의 두께가 동일할 것이므로, 수정진동자에서 산출된 박막 두께가 그대로 증착대상물 상에 형성된 박막 두께가 된다. 한편, 도 1(B)에서와 같이 수정진동자가 증착대상물보다 멀리 있을 경우 [증착대상물 박막 두께 > 수정진동자 박막 두께]가 될 것이며, 도 1(C)에서와 같이 수정진동자가 증착대상물보다 가까이 있을 경우 [증착대상물 박막 두께 < 수정진동자 박막 두께]가 될 것이다. 통상적으로 이러한 양상을 툴링 팩터(tooling factor)로 나타내며, 툴링 팩터의 정의는 다음과 같다.If the quartz vibrator is disposed at the same position as the deposition target as in FIG. 1 (A), the thickness of the thin film formed on the deposition target and the thickness of the thin film formed on the quartz crystal vibrator are the same, Is the thin film thickness formed on the deposition object. On the other hand, as shown in FIG. 1 (B), when the quartz oscillator is farther away from the object to be deposited, the thickness of the thin film of the object to be deposited and the thickness of the quartz crystal thin film will be close to that of the object to be deposited. The thickness of the deposited object thin film &lt; quartz crystal thin film &gt; Typically, this aspect is represented by a tooling factor, and the definition of the tooling factor is as follows.

Tooling(%) = 100 x (증착대상물 박막 두께)/(수정진동자 박막 두께)Tooling (%) = 100 x (Thin film thickness of deposited object) / (Thin film thickness of quartz crystal)

즉 도 1(A)의 경우 툴링 값은 100%가 되고, 도 1(B)의 경우 툴링 값은 100%보다 크고, 도 1(C)의 경우 툴링 값은 100%보다 작게 나타나게 된다.That is, the tooling value in FIG. 1 (A) is 100%, the tooling value in FIG. 1 (B) is larger than 100%, and the tooling value in FIG. 1 (C) is smaller than 100%.

그러나 이러한 증착 방식의 경우, 기판의 크기가 커지면 증착물질이 담겨진 용기에서 증착하고자 하는 물질이 방사형으로 증착되기 때문에 균질도가 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라 기판을 회전하는 방식을 이용하기도 하는데, 이러한 과정에서 정밀한 두께 제어가 어렵다는 문제가 있다.However, in the case of such a deposition method, when the size of the substrate is increased, the material to be deposited is radially deposited in the container containing the deposition material. Accordingly, a method of rotating the substrate is also used. However, there is a problem that it is difficult to control the thickness precisely in this process.

한편 상술한 바와 같이 증착대상물이 정지한 상태에서 증착이 이루어지는 경우에는 도 1에 나타난 바와 같은 수정진동자를 이용하는 두께 측정 장치를 활용할 수 있겠으나, 대형 기판을 코팅하는 경우라거나 수십, 수백 겹의 다층 박막을 입혀야 하는 경우라거나 하는 등의 경우에는 위와 같은 방식을 적용하기에 어려움이 있다. 이러한 경우에는 (증착대상물인) 기판이 (타겟물질을 발사하는) 타겟건 앞을 이동하여 지나가는 방식인 인라인 방식을 일반적으로 이용하기 때문이다.As described above, in the case where deposition is performed in a state where the deposition target is stopped, a thickness measuring device using a quartz crystal as shown in FIG. 1 may be used. However, in the case of coating a large substrate or a multi- It is difficult to apply the above-described method. In this case, the in-line method is generally used in which the substrate (which is an object to be vapor-deposited) moves in front of the target gun (which fires the target material) and passes through.

인라인 방식의 경우, 공정시간이 지남에 따라 타겟건 내의 타겟물질의 양이 줄어들어 결과적으로 전압이나 전류의 양이 시간이 지남에 따라 변할 뿐만 아니라, 진공챔버의 진공도 변화, 타겟건의 온도 변화 등 다양한 요인으로 인해 타겟건 주위의 플라즈마 밀도가 변해 증착율이 일정하지 않다. 특히 수백 층 이상의 다층 박막을 장시간 코팅할 경우에는 더욱 이런 현상이 두드러진다. 그럼에도 불구하고 현재까지는, 이러한 인라인 방식으로 만들어진 박막의 두께가 설정 값에 맞게 만들어졌는지 공정이 끝난 후 확인하는 정도일 뿐, 실시간으로 박막 두께를 확인할 수 있는 방법이 없었다.In the case of the in-line method, the amount of the target material in the target gun is reduced as the process time is shortened. As a result, the amount of the voltage or the current changes with time, and various factors such as the vacuum degree of the vacuum chamber, The plasma density around the target gun changes and the deposition rate is not constant. This phenomenon becomes more conspicuous especially when a multilayer thin film of several hundred layers or more is coated for a long time. Nevertheless, until now, it has been confirmed that the thickness of the thin film made in the inline method is set to the set value, and there is no way to confirm the thin film thickness in real time.

한편 공정 후 박막 두께를 확인하는 장치는 일반적으로 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하는데, 여기에도 다음과 같은 문제가 있다. 한 층의 박막과 같은 얇은 박막의 경우에는 엘립소미터로 두께 측정이 가능하지만, 엘립소미터는 궁극적으로 반사된 빛의 변화(P파 및 S파)를 이용하여 두께를 측정하는 것이기 때문에 일정두께 이상의 금속 박막의 경우 측정이 용이하지 않으며, 특히 수백 층 이상의 금속 다층 박막의 두께를 측정하는 데에는 적절하지 않은 것이다. 또한 엘립소미터를 이용한 두께 측정의 경우 장비 자체가 고가라는 문제 또한 있다.On the other hand, a device for checking the thickness of a thin film after the process generally uses an ellipsometer, which also has the following problems. In the case of a thin film such as a thin film, it is possible to measure the thickness with an ellipsometer. However, since the ellipsometer ultimately measures the thickness by using reflected light changes (P wave and S wave) In the case of the above metal thin film, measurement is not easy and in particular, it is not suitable for measuring the thickness of the metal multilayer thin film of several hundred layers or more. In addition, thickness measurement using an ellipsometer has a problem that the equipment itself is expensive.

1. 한국특허공개 제2016-0080410호("박막 두께 측정 센서모듈 및 이를 포함한 박막 증착 장비", 2016.07.08)1. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0080410 ("Thin Film Thickness Sensor Module and Thin Film Deposition Apparatus Including It," 2016.07.08)

1. "수정진동자를 이용한 박막의 흡착 측정"(김병철, 박정우, 김영한, 화학공학 제48권 제3호, 2010년 6월)1. "Measurement of Adsorption of Thin Films by Using a Crystal Oscillator" (Byung-Chul Kim, Jungwoo Park, Young-Han Kim, Chemical Engineering Vol.48, No.3, June 2010)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인라인 타입의 대형 박막 증착 장치에 수정진동자를 장착하여 박막의 두께 측정을 수행하며, 이를 통해 증착대상물인 기판 이동 속도를 보정함으로써 전압, 전류, 진공도 등 여러 환경조건이 변하는 것에 따른 증착 박막 두께 변화 발생 영향을 최소화하고 안정적인 박막 두께 제어를 실현할 수 있도록 하는, 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.DISCLOSURE Technical Problem Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an inline type large- Thin Film Thickness Control Method for Inline Type Thin Film Deposition Process to Minimize the Effect of Variation of Deposition Thin Film Thickness due to Various Environmental Conditions such as Voltage, Current, and Vacuum by Correcting Substrate Movement Speed And an apparatus.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법은, 증착원료인 타겟물질을 방출하는 타겟건(510), 상기 타겟건(510) 전방에 배치되어 증착대상물인 기판(550)을 이송시키는 기판홀더(520)를 포함하여 이루어져 상기 기판(550) 상에 다층 박막을 형성하는 인라인 타입 박막 증착 장치(500)를 이용하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법에 있어서, 상기 타겟건(510) 전방에는 수정진동자를 포함하여 이루어지는 두께측정부(100)가 구비되며, 최초 제1층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 값 및 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 두께(T) 값 간의 비율을 이용하여 이송보정팩터(F)를 산출하는 초기설정단계; 각 층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 값 및 미리 결정된 목표 박막 두께(Tr) 값 간의 비율을 이용하여 환경보정팩터(C)를 산출하고, 상기 환경보정팩터(C) 값에 따라 상기 기판(550) 이송속도(V)를 피드백 제어함으로써 상기 기판(550) 상에 형성되는 박막 두께(T)를 제어하는 두께제어단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.In order to achieve the above object, the thin film thickness control method in the inline type thin film deposition process according to the present invention includes a target gun 510 for emitting a target material as a deposition material, In-line type thin film deposition process using an in-line type thin film deposition apparatus 500 including a substrate holder 520 for transferring a target substrate 550 and forming a multilayer thin film on the substrate 550, A thickness measurement unit 100 including a quartz crystal vibrator is disposed in front of the target gun 510. The thickness measurement unit 100 includes a thickness measurement value D formed on the quartz crystal for forming the first layer thin film, An initial setting step of calculating a feed correction factor F by using a ratio between values of thin film thickness T formed on the substrate 550; The environmental correction factor C is calculated by using the ratio between the value of the measurement thin film thickness D formed on the quartz crystal substrate and the predetermined target thin film thickness Tr value when forming each layer thin film, Controlling a thickness (T) of the thin film formed on the substrate (550) by feedback-controlling the feed rate (V) of the substrate (550) according to a value of the thickness control step . &Lt; / RTI &gt;

이 때 상기 초기설정단계는, 상기 타겟건(510)이 타겟물질을 방출하고 상기 기판홀더(520)가 미리 결정된 이송속도(V)로 상기 기판(550)을 이송시켜, 상기 기판(550) 상에 타겟물질로 이루어지는 박막 제1층이 형성되고, 상기 수정진동자 상에 타겟물질로 이루어지는 측정용 박막 제1층이 형성되는 단계; 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제1층 두께(D1) 및 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 제1층 두께(T1)가 각각 측정되는 단계; 박막 제1층 두께(T1) 값을 측정용 박막 제1층 두께(D1) 값으로 나눈 값이 이송보정팩터(F) 값으로 결정되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.At this time, the initial setting step may be performed in such a manner that the target gun 510 releases a target material and the substrate holder 520 transports the substrate 550 at a predetermined conveying speed V, Forming a thin film first layer made of a target material on the quartz crystal substrate and a first thin film layer for measurement made of a target material on the quartz crystal; Measuring a first thin film thickness (D1) for measurement formed on the quartz crystal and a first thin film layer thickness (T1) formed on the substrate (550), respectively; The value obtained by dividing the value of the thin film first layer thickness (T1) by the value of the thin film first layer thickness (D1) for measurement is determined as the value of the conveying correction factor (F); . &Lt; / RTI &gt;

또한 상기 두께제어단계는, 제n층 박막 형성 시, 상기 타겟건(510)이 타겟물질을 방출하고 상기 기판홀더(520)가 미리 결정된 제n층 이송속도(Vn)로 상기 기판(550)을 이송시켜, 상기 기판(550) 상에 타겟물질로 이루어지는 박막 제n층이 형성되고, 상기 수정진동자 상에 타겟물질로 이루어지는 측정용 박막 제n층이 형성되는 단계; 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제n층 두께(Dn)가 측정되는 단계; 측정용 박막 제n층 두께(Dn) 값을 미리 결정된 목표 박막 두께(Tr) 값으로 나눈 값이 제n층 환경보정팩터(Cn) 값으로 결정되는 단계; 를 포함하여 이루어지며, 제n+1층 박막 형성 시, 제n층 환경보정팩터(Cn) 값을 제n층 이송속도(Vn)에 곱한 값으로 제n+1층 이송속도(Vn+1)가 결정되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다. (여기에서 n은 2 이상의 자연수)The thickness controlling step may include a step of controlling the thickness of the n-layer thin film by forming the n-th layer thin film on the substrate 550 by using the target gun 510 to emit a target material, A thin film n-layer made of a target material is formed on the substrate 550, and a thin film n-layer for measurement made of a target material is formed on the quartz crystal; Measuring a n-layer thickness (Dn) for measurement formed on the quartz oscillator; Determining a value obtained by dividing a value of the thin film n-layer thickness for measurement (Dn) by a predetermined target thin film thickness (Tr) value as a value of the n-th layer environment correction factor (Cn); (N + 1) -th layer feed rate (Vn + 1) as a value obtained by multiplying the n-th layer environment correction factor (Cn) by the n-th layer feed rate (Vn) ; . &Lt; / RTI &gt; (Where n is a natural number of 2 or more)

또한 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 제1층 두께(T1) 측정은, X선 반사율 장치 또는 엘립소미터에 의하여 이루어질 수 있다.Also, the thin film first layer thickness (T1) measurement formed on the substrate 550 may be performed by an X-ray reflectance device or an ellipsometer.

또한 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 측정은, 상기 타겟건(510)과 상기 기판(550) 사이의 거리 값을 상기 타겟건(510)과 상기 수정진동자 사이의 거리 값으로 나눈 값으로 결정되는 툴링팩터 값에 의해 보정되도록 이루어질 수 있다.The measuring thin film thickness D formed on the quartz crystal vibrator is obtained by dividing the distance between the target gun 510 and the substrate 550 by the distance between the target gun 510 and the quartz crystal By the tooling factor value determined by the value of the tooling factor.

또한 상기 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법은, 상기 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에는 상기 타겟건(510)이 복수 개 구비되고, 상기 타겟건(510) 하나당 상기 두께측정부(100)가 하나씩 구비되도록 이루어지며, 다층 박막 형성을 위해 상기 두께제어단계가 다수 번 반복 수행되되, 각각의 상기 두께제어단계 시 사용되는 상기 타겟건(510)은 매번 동일하거나 또는 다르게 이루어질 수 있다.The thin film thickness control method in the inline type thin film deposition process may include a plurality of the target guns 510 in the inline type thin film deposition apparatus 500 and the thickness measurement unit 100 per target gun 510, And the thickness control step is repeated a plurality of times for forming the multilayer thin film, and the target gun 510 used in each of the thickness control steps may be the same or different each time.

또한 상기 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법은, 각 층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 값 및 상기 이송보정팩터(F) 값을 사용하여 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 두께(T) 값을 산출하는 두께산출단계; 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.Also, the thin film thickness control method in the in-line type thin film deposition process may be performed by using the value of the film thickness D for measurement formed on the quartz crystal substrate and the value of the feed correction factor F, A thickness calculating step of calculating a thin film thickness (T) value formed on the substrate; As shown in FIG.

또한 본 발명에 의한 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치는, 증착원료인 타겟물질을 방출하는 타겟건(510), 상기 타겟건(510) 전방에 배치되어 증착대상물인 기판(550)을 이송시키는 기판홀더(520)를 포함하여 이루어져 상기 기판(550) 상에 다층 박막을 형성하는 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에 구비되는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치에 있어서, 상기 타겟건(510) 전방에 배치되며 수정진동자를 포함하여 이루어지는 두께측정부(100); 상기 두께측정부(100)에서 측정된 값을 사용하여 상기 기판(550) 이송속도(V)를 제어하는 제어부(150); 를 포함하여 이루어질 수 있다.The thin film thickness control device in the inline type thin film deposition process according to the present invention further includes a target gun 510 for emitting a target material as a deposition material and a substrate 550 disposed in front of the target gun 510, Type thin film deposition apparatus 500 that includes a substrate holder 520 for forming a multilayer thin film on the substrate 550, the thin film thickness control apparatus comprising: 510), and includes a quartz oscillator (100); A controller 150 for controlling the conveying speed V of the substrate 550 using the measured value of the thickness measuring unit 100; . &Lt; / RTI &gt;

또한, 상기 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에는 상기 타겟건(510)이 복수 개 구비되고, 상기 타겟건(510) 하나당 상기 두께측정부(100)가 하나씩 구비되도록 이루어질 수 있다.The inline type thin film deposition apparatus 500 may include a plurality of the target guns 510 and one thickness measuring unit 100 per target gun 510.

본 발명에 의하면, 먼저 인라인 타입의 대형 박막 증착 장치에서 만들어지는 박막의 두께를 실시간으로 정밀하고 안정적으로 제어할 수 있다는 큰 효과가 있다. 종래에는 인라인 타입 박막 증착 장치의 경우 증착 공정이 완료된 후에야 박막 두께 측정을 하는 정도였으나, 본 발명의 경우 타겟건 전방에 수정진동자를 배치하여 실시간으로 박막 두께를 측정함으로써 박막이 만들어지는 공정 중에도 박막 두께를 제어할 수 있는 효과가 있는 것이다.According to the present invention, it is possible to precisely and stably control the thickness of a thin film formed in an in-line type large-scale thin film deposition apparatus in real time. Conventionally, in the case of the in-line type thin film deposition apparatus, the thickness of the thin film is measured only after the deposition process is completed. However, in the case of the present invention, the quartz crystal is placed in front of the target key to measure the thin film thickness in real time, Can be controlled.

이와 같이 본 발명의 두께 제어 가능 효과는, 특히 수십, 수백 층의 다층 박막을 형성하여야 하는 공정의 경우 더욱 큰 효과를 얻을 수 있다. 잘 알려진 바와 같이 수십, 수백 층의 다층 박막을 형성하는 공정이 장시간 이루어지면 전압, 전류, 진공도 등 여러 환경조건이 변하는 것에 따라 만들어지는 박막의 두께가 상당히 변화하게 된다. 그러나 본 발명에서는, 인라인 타입 박막 증착 공정에서 한 층의 박막 증착이 이루어지는 동안 그 박막 한 층의 두께를 측정하고, 그 박막 두께 값을 사용하여 다음 층 박막 증착 시 기판 이동 속도를 보정하는 방식으로 박막 두께를 보정하기 때문에, 환경조건 변화에 따른 박막 두께 변화 악영향을 극도로 최소화할 수 있는 큰 효과가 있다. 더불어 이에 따라 최종적으로 생산된 제품의 정확도 및 정밀도가 극대화된다는 효과 또한 얻을 수 있음은 물론이다.As described above, the thickness controllable effect of the present invention is particularly advantageous in the case of a process in which a multilayer thin film of several tens or hundreds of layers is to be formed. As is well known, when a process of forming a multi-layered film of several tens or hundreds of layers is performed for a long time, the thickness of a thin film formed due to various environmental conditions such as voltage, current, and vacuum changes considerably. However, in the present invention, in the in-line type thin film deposition process, the thickness of one thin film is measured while one layer of thin film is being deposited, There is a great effect that the adverse effect of the change in the thin film thickness due to the environmental condition change can be extremely minimized. In addition, the accuracy and precision of the final product can be maximized.

도 1은 이베포레이션 방식에서의 수정진동자를 이용한 두께 측정 방식의 개략도.
도 2는 종래의 인라인 타입 박막 증착 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치의 개략도.
도 4는 본 발명의 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법의 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a thickness measurement method using a quartz oscillator in an evement method. FIG.
2 is a schematic view of a conventional in-line type thin film deposition apparatus.
3 is a schematic view of a thin film thickness control apparatus in an inline type thin film deposition process of the present invention.
4 is a flow chart of a thin film thickness control method in the inline type thin film deposition process of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a thin film thickness control method and apparatus in the inline type thin film deposition process according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 도 2를 통해, 종래의 인라인 타입 박막 증착 장치를 개략적으로 설명한다. 소형의 기판에 박막을 증착하거나 단일 또는 적은 수의 다층 박막을 형성하는 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같은 식으로 원료용기에 타겟물질이 담겨지고 그 위쪽에 기판이 배치되어 기판에 증착이 이루어지도록 하는 장치가 널리 사용된다. 그러나 대형의 기판에 박막 증착을 하고자 하는 경우, 다수의 기판에 동시에 박막 증착을 하고자 하는 경우, 수십, 수백 층 정도의 다층 박막을 형성하고자 하는 경우 등과 같은 경우, 도 2와 같은 인라인 타입 박막 증착 장치를 사용하는 것이 일반적이다. 도 2의 인라인 타입 박막 증착 장치가 도 1의 장치와 가장 크게 다른 점은, 바로 기판이 이동하도록 이루어진다는 것이다.First, a conventional in-line type thin film deposition apparatus will be schematically described with reference to FIG. In the case of depositing a thin film on a small substrate or forming a single or a small number of multi-layer thin films, a target material is contained in a raw material container as shown in FIG. 1, a substrate is disposed on the target material, Is widely used. However, in the case where a thin film is deposited on a large substrate, a case where a thin film is simultaneously deposited on a plurality of substrates, a case where a multi-layer thin film having a size of several tens or hundreds is formed, Is generally used. The most significant difference of the in-line type thin film deposition apparatus of FIG. 2 from the apparatus of FIG. 1 is that the substrate is made to move.

도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 인라인 타입 박막 증착 장치(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이 증착원료인 타겟물질을 방출하는 타겟건(510), 상기 타겟건(510) 전방에 배치되어 증착대상물인 기판(550)을 이송시키는 기판홀더(520)를 포함하여 이루어진다. 상기 기판홀더(520)가 도 2의 화살표로 표시된 바와 같이 우측 끝에서 좌측 끝까지 이동하는 동안, 상기 타겟건(510)에서는 계속 타겟물질이 방출되며, 따라서 상기 기판홀더(520)에 붙들려 있는 상기 기판(550) 상에 한 층의 박막이 증착 형성되게 된다. 이와 같이 한 층의 박막이 증착된 후에, 이제 상기 기판홀더(520)는 아까와는 반대로 좌측 끝에서 우측 끝까지 이동하며, 아까와 마찬가지로 이와 동시에 상기 타겟건(510)에서 타겟물질이 방출됨으로써, 상기 기판(550) 상에 한 층의 박막이 더 증착 형성되게 된다. 이러한 과정이 계속 반복됨으로써, 상기 기판(550) 상에 다층 박막이 형성될 수 있게 된다.This will be described in more detail with reference to FIG. 2, the in-line type thin film deposition apparatus 500 includes a target gun 510 for discharging a target material as a deposition source, a substrate 550 disposed in front of the target gun 510 to be a deposition target, (Not shown). While the substrate holder 520 is moving from the right end to the left end as indicated by the arrow in FIG. 2, the target material is continuously released from the target gun 510, A single layer of the thin film is deposited on the substrate 550. After the thin film of one layer is deposited as described above, the substrate holder 520 is moved from the left end to the right end as opposed to before, and the target material is released from the target gun 510 at the same time, One layer of the thin film is further deposited on the substrate 550. [ This process is repeated so that a multilayer thin film can be formed on the substrate 550.

도 3은 본 발명의 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치의 개략도이며, 도 4는 본 발명의 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법의 흐름도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 박막 두께 제어 방법 및 장치를 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a schematic view of a thin film thickness control apparatus in the inline type thin film deposition process of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart of a thin film thickness control method in the inline type thin film deposition process of the present invention. The thin film thickness control method and apparatus of the present invention will now be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

먼저 도 3에 보이는 바와 같이, 본 발명의 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치는, 상기 타겟건(510) 전방에 배치되며 수정진동자를 포함하여 이루어지는 두께측정부(100)와, 상기 두께측정부(100)에서 측정된 값을 사용하여 상기 기판(550) 이송속도(V)를 제어하는 제어부(150)를 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 3, the thin film thickness control apparatus in the inline type thin film deposition process of the present invention includes a thickness measuring unit 100 disposed in front of the target gun 510 and including a quartz oscillator, And a control unit 150 for controlling the conveying speed V of the substrate 550 using the measured value of the substrate.

앞서도 설명한 바와 같이, 수정진동자를 포함하여 이루어지는 두께 측정 장치는 일반적으로 증착대상물이 고정된 상태인 경우에 사용되며, 물론 이 두께 측정 장치 자체도 고정된 형태로 사용된다. 그런데 인라인 타입 박막 증착 장치의 경우 증착대상물인 상기 기판(550)이 움직이도록 이루어져 있다. 본 발명에서는, 상기 두께측정부(100)가 상기 기판(550)과 비슷한 위치에 고정되어 있도록 한다. 이에 따라 상기 타겟건(510)에서 방출되는 타겟물질이 함께 증착됨으로써 두께를 측정하는 기존의 방식이 마찬가지로 사용된다. 다만, 상기 기판(550)은 움직이고 상기 두께측정부(100)는 정지해 있는 데서 오는 차이로부터 (이하 보다 상세히 설명될) 이송보정팩터를 산출하고, 이를 이용하여 상기 두께측정부(100)에서 측정되는 박막 두께로부터 실제 상기 기판(550) 상에 형성되는 박막 두께를 산출해 낼 수 있게 한다. (이러한 구체적인 과정은 본 발명의 박막 두께 제어 방법에서 보다 상세히 설명한다.)As described above, the thickness measuring apparatus including the quartz oscillator is generally used when the object to be deposited is fixed, and of course, the thickness measuring apparatus itself is also used in a fixed form. However, in the case of an in-line type thin film deposition apparatus, the substrate 550, which is an object to be deposited, moves. In the present invention, the thickness measuring unit 100 is fixed at a position similar to the substrate 550. Accordingly, the conventional method of measuring the thickness by simultaneously depositing the target material emitted from the target gun 510 is also used. However, the substrate 550 may be moved and the thickness measuring unit 100 may calculate a feed correction factor (to be described in more detail hereinafter) from the difference in stopping, So that the thin film thickness actually formed on the substrate 550 can be calculated from the thin film thickness. (This specific process is described in detail in the thin film thickness control method of the present invention.)

이 때 상기 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에는 상기 타겟건(510)이 복수 개 구비되고, 상기 타겟건(510) 하나당 상기 두께측정부(100)가 하나씩 구비되도록 이루어질 수도 있다. 일반적으로 다층 박막을 형성하는 경우 단일 물질로만 박막을 형성할 수도 있지만 복수 물질로 박막을 형성하는 경우도 있으며, 이러한 경우 복수 개의 상기 타겟건(510)이 각각 서로 다른 타겟물질을 방출하도록 장치를 구성할 수 있다. 이 때, 각각의 상기 타겟건(510)마다 상기 두께측정부(100)가 각각 하나씩 구비되도록, 즉 타겟건-두께측정부 세트가 이루어지도록 하는 것이다.The inline type thin film deposition apparatus 500 may include a plurality of the target guns 510 and one thickness measuring unit 100 per target gun 510. Generally, when a multi-layered film is formed, a thin film may be formed of only a single material, but a thin film may be formed of a plurality of materials. In such a case, a plurality of target guns 510 may be configured to emit different target materials can do. In this case, one thickness measuring unit 100 is provided for each of the target guns 510, that is, a target gun thickness measuring unit is set.

또한, 상기 제어부(150)는 물론 별도의 독립적인 장치로 구현될 수도 있지만, 상기 기판홀더(520)의 움직임이나 상기 타겟건(510)의 작동 등을 제어하는 제어장치가 상기 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에 원래 구비되어 있을 수 있으며, 상기 제어부(150)는 상기 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에 포함되는 제어장치의 일부로서 구현될 수도 있다. 좀더 구체적으로는, 상기 제어부(150)는 소프트웨어 형식으로 만들어져 상기 제어장치에 인스톨되는 형태로 이루어질 수도 있는 등의 구현이 가능하며, 이와 같이 할 경우 기존의 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에 쉽게 적용할 수 있다.The control unit 150 may be implemented as a separate device, but a controller for controlling the movement of the substrate holder 520, the operation of the target gun 510, And the control unit 150 may be implemented as a part of the control apparatus included in the inline type thin film deposition apparatus 500. More specifically, the controller 150 may be implemented in a software form and installed in the controller. In this case, the controller 150 can be easily applied to the conventional in-line type thin film deposition apparatus 500 can do.

이와 같이 이루어지는 장치를 이용하여 박막 두께를 제어하는 방법을 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이 최초 1회 수행되는 초기설정단계와, 공정 진행에 따라 반복적으로 수행되는 두께제어단계를 포함하여 이루어진다. 또한 도 4에는 도시되지 않았으나, 두께를 제어하면서 박막을 형성하는 과정에서 박막의 두께를 측정해 내는 두께측정단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.A method of controlling the thickness of a thin film by using such an apparatus will be described in detail with reference to FIG. The thin film thickness control method in the in-line type thin film deposition process of the present invention includes an initial setup step performed first once as shown in FIG. 4 and a thickness control step repeatedly performed according to the progress of the process. Although not shown in FIG. 4, the thickness measuring step may include measuring a thickness of the thin film while forming the thin film while controlling the thickness of the thin film.

[초기설정단계][Initial setting step]

상기 초기설정단계에서는, 최초 제1층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 값 및 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 두께(T) 값 간의 비율을 이용하여 이송보정팩터(F)를 산출한다. 상기 초기설정단계의 세부 단계를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In the initial setting step, the ratio between the value of the thin film for measurement (D) formed on the quartz crystal and the value of the thin film (T) formed on the substrate (550) (F). The detailed steps of the initial setting step will be described in more detail as follows.

먼저, 상기 타겟건(510)이 타겟물질을 방출하고 상기 기판홀더(520)가 미리 결정된 이송속도(V)로 상기 기판(550)을 이송시킨다. 그러면 상기 기판(550) 상에 타겟물질로 이루어지는 박막 제1층이 형성되고, 상기 수정진동자 상에 타겟물질로 이루어지는 측정용 박막 제1층이 형성되게 된다. 이 때, 상기 기판(550)은 미리 결정된 이송속도(V)로 이송되고 있었던 반면 상기 수정진동자는 한 위치에 가만히 고정되어 있었으므로, 당연히 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제1층 두께(D1)가 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 제1층 두께(T1)보다 크게 형성되게 된다.First, the target gun 510 releases a target material, and the substrate holder 520 transports the substrate 550 at a predetermined conveying speed V. [ Then, a first thin film layer made of a target material is formed on the substrate 550, and a first thin film layer for measurement made of a target material is formed on the quartz crystal. At this time, since the substrate 550 was being conveyed at a predetermined conveying speed V, the quartz oscillator was fixed at one position, so that the first layer thickness D1 for measurement formed on the quartz crystal Is formed to be larger than the thickness T1 of the first layer formed on the substrate 550. [

다음으로, 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제1층 두께(D1) 및 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 제1층 두께(T1)가 각각 측정된다. 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제1층 두께(D1)는 물론, 상기 두께측정부(100)의 동작에 의해 용이하게 구할 수 있다(수정진동자를 이용한 두께측정장치 기술은 앞서 설명한 바와 같이 이미 공지된 기술로, 여기에서는 상세한 설명은 생략한다). 한편 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 제1층 두께(T1)는, 예를 들어 X선 반사율 장치 또는 엘립소미터 등과 같은 별도의 장치로 측정할 수 있다. 앞서도 간략히 설명한 바와 같이, 수십, 수백 겹의 다층 박막이 형성된 경우라면 이러한 X선 반사율 장치나 엘립소미터 등으로 박막 두께를 측정하는 것이 어렵겠으나, 초기설정단계 중에서는 박막이 단 한 층만 형성되었을 때 그 두께를 측정하는 것이므로, X선 반사율 장치나 엘립소미터 등으로 박막 두께를 용이하게 측정할 수 있다.Next, the measurement first thin film layer thickness D1 formed on the quartz crystal and the first thin film layer thickness T1 formed on the substrate 550 are measured, respectively. The first thin film thickness D1 for measurement formed on the quartz crystal can easily be obtained by the operation of the thickness measuring unit 100 (as described above, A detailed description thereof will be omitted here). On the other hand, the thickness T1 of the first layer formed on the substrate 550 can be measured by a separate device such as an X-ray reflectance device or an ellipsometer. As described briefly above, it is difficult to measure the thickness of a thin film using such an X-ray reflectance device or an ellipsometer if several tens or several hundreds of multilayer thin films are formed. However, in the initial setting step, Since the thickness is measured, the thickness of the thin film can be easily measured by an X-ray reflectance device or an ellipsometer.

마지막으로, 박막 제1층 두께(T1) 값을 측정용 박막 제1층 두께(D1) 값으로 나눈 값이 이송보정팩터(F) 값으로 결정된다. 즉 이송보정팩터(F) 값은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.Finally, the value obtained by dividing the value of the thin film first layer thickness (T1) by the value of the thin film first layer thickness for measurement (D1) is determined as the value of the conveyance correction factor (F). That is, the value of the feed correction factor (F) can be obtained by the following equation.

F = T1 / D1F = T1 / D1

예를 들어 박막 제1층 두께(T1)가 5nm, 측정용 박막 제1층 두께(D1)가 20nm였다면 이송보정팩터(F) 값은 0.25로 산출된다.For example, if the thin film first layer thickness T1 is 5 nm and the thin film first layer thickness D1 for measurement is 20 nm, then the feed correction factor F value is calculated to be 0.25.

[두께제어단계][Thickness Control Step]

이러한 초기설정단계 이후, 반복적으로 수십, 수백 층의 박막을 형성하는 단계가 수행되되, 본 발명에서는 이 단계에서 이송속도를 제어함으로써 박막의 두께를 제어한다. 이에 따라 이 단계를 두께제어단계라 칭하는 것으로, 즉 본 발명의 두께제어단계에서는, 각 층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 값 및 미리 결정된 목표 박막 두께(Tr) 값 간의 비율을 이용하여 환경보정팩터(C)를 산출하고, 상기 환경보정팩터(C) 값에 따라 상기 기판(550) 이송속도(V)를 피드백 제어함으로써 상기 기판(550) 상에 형성되는 박막 두께(T)를 제어한다. 상기 두께제어단계의 세부 단계를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 아래에서 n은 2 이상의 자연수이다.After this initial setting step, a step of repeatedly forming a thin film of several tens or hundreds of layers is performed, but in the present invention, the thickness of the thin film is controlled by controlling the conveying speed in this step. Accordingly, this step is referred to as a thickness control step, that is, in the thickness control step of the present invention, the value of the thin film thickness for measurement (D) formed on the quartz crystal substrate and the predetermined target thin film thickness The thickness of the thin film formed on the substrate 550 by feedback controlling the feed rate V of the substrate 550 in accordance with the value of the environment correction factor C (T). The detailed steps of the thickness control step will be described in more detail as follows. In the following, n is a natural number of 2 or more.

먼저, 제n층 박막 형성 시, 상기 타겟건(510)이 타겟물질을 방출하고 상기 기판홀더(520)가 미리 결정된 제n층 이송속도(Vn)로 상기 기판(550)을 이송시켜, 상기 기판(550) 상에 타겟물질로 이루어지는 박막 제n층이 형성되고, 상기 수정진동자 상에 타겟물질로 이루어지는 측정용 박막 제n층이 형성된다. 이러한 박막 형성 과정 자체는 초기설정단계에서 설명된 제1층 박막 형성 시와 마찬가지이다.First, during formation of the n-th layer, the target gun 510 releases a target material, and the substrate holder 520 transports the substrate 550 at a predetermined n-th layer feed rate Vn, A thin film n-layer made of a target material is formed on the quartz substrate 550, and a thin film n-layer for measurement made of a target material is formed on the quartz crystal. Such a thin film formation process itself is the same as that of the first layer thin film formation described in the initial setting step.

다음으로, 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제n층 두께(Dn)가 측정된다. 역시 초기설정단계에서와 마찬가지로, 상기 측정용 박막 제n층 두께는 상기 수정진동자를 포함하여 이루어지는 상기 두께측정부(100)에서 용이하게 측정될 수 있다. 이 때, 초기설정단계에서와는 달리 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 두께는 더 이상 별도로 측정하지 않는다.Next, the thickness n n of the thin film for measurement formed on the quartz crystal is measured. Similarly to the initial setting step, the thickness of the thin film n-layer for measurement can be easily measured in the thickness measuring section 100 including the quartz vibrator. At this time, the thickness of the thin film formed on the substrate 550 is not measured separately, unlike in the initial setting step.

다음으로, 측정용 박막 제n층 두께(Dn) 값을 미리 결정된 목표 박막 두께(Tr) 값으로 나눈 값이 제n층 환경보정팩터(Cn) 값으로 결정된다. 앞서 설명한 바와 같이 수십, 수백 층의 다층 박막을 형성하는 과정에서, 전압, 전류, 진공도 등 여러 환경조건이 변하는 것에 따른 증착 박막 두께에 필연적으로 변화가 생기게 된다. 환경보정팩터(Cn)는 바로 이러한 환경조건의 변화에 따른 박막 두께 변화를 보정하기 위한 것이다. 물론 이러한 환경조건의 변화는 박막 형성이 반복적으로 이루어지는 중 발생하는 변화이므로, 각 층 박막 형성 시마다 보정값이 다르게 형성됨이 당연하며, 따라서 환경보정팩터(C) 값은 몇 번째 층의 박막을 형성하고 있느냐에 따라 다르게 산출된다. 즉, 제n층 환경보정팩터(Cn) 값은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.Next, a value obtained by dividing the value of the thin film n-layer thickness for measurement (Dn) by the value of the predetermined target thin film (Tr) is determined as the value of the nth layer environment correction factor (Cn). As described above, in the process of forming a multi-layered film of tens or hundreds of layers, the thickness of the deposited thin film necessarily changes due to various environmental conditions such as voltage, current, and vacuum. The environmental correction factor Cn is for correcting the thin film thickness change in accordance with the change of the environmental condition. Of course, since the change of the environmental condition is a change that occurs during repeated formation of the thin film, it is natural that the correction value is formed differently for each layer thin film formation, and therefore the value of the environmental correction factor (C) It is calculated differently depending on whether it exists or not. That is, the value of the n-th layer environment correction factor Cn can be obtained by the following equation.

Cn = Dn / TrCn = Dn / Tr

예를 들어 측정용 박막 제n층 두께(Dn)가 21nm, 목표 박막 두께(Tr)이 20nm였다면 제n층 환경보정팩터(Cn) 값은 21/20 = 1.05로 산출된다.For example, if the thin film n-layer thickness Dn for measurement is 21 nm and the target thin film thickness Tr is 20 nm, the value of the n-th layer environmental correction factor Cn is calculated as 21/20 = 1.05.

이와 같은 과정을 통해 제n층 박막 형성이 완료된 후에는, 바로 연이어 제n+1층 박막 형성이 시작된다. 이 때 제n+1층 박막 형성 시에서 위와 같은 단계들이 반복적으로 이루어지되, 제n층 환경보정팩터(Cn) 값을 제n층 이송속도(Vn)에 곱한 값으로 제n+1층 이송속도(Vn+1)가 결정되게 한다.After the formation of the n-th layer thin film is completed through the above process, the formation of the (n + 1) th thin film layer starts immediately. At this time, the above-described steps are repeatedly performed in forming the (n + 1) th layer thin film, and the nth layer transport speed Vn is multiplied by the nth layer environment correction factor Cn, (Vn + 1) is determined.

이를 풀어서 설명하자면 다음과 같다. 측정용 박막 제n층 두께(Dn)가 21nm로 형성되었다면, 원래 원하는 목표 박막 두께(Tr)보다 두껍게 형성된 것이다. 최초에 상기 타겟건(510)에서 정확하게 목표 박막 두께(Tr)가 형성될 수 있는 만큼의 방출량으로 타겟물질을 방출하도록 세팅되었다 하더라도, 전압, 전류, 진공도 등 여러 환경조건이 변화함에 따라 실제 타겟물질의 방출량에 변화가 발생한다. 측정용 박막 두께 - 목표 박막 두께 간의 차이는 바로 이러한 원인으로 발생하는 것이다. 물론 이와 같은 타겟물질 방출량의 변화는, 상기 수정진동자 상에 형성되는 측정용 박막 두께 뿐 아니라 실제 기판 상에 형성되는 박막 두께에도 영향을 미칠 것임은 당연하다. 예시의 경우, 원래 원하는 목표 박막보다 측정용 박막이 1.05(=21/20)배만큼 두껍게 형성되었으며, 물론 기판 상 실제 박막도 1.05배만큼 두껍게 형성되었을 것이다.To solve this, I will explain as follows. If the thin film n-layer thickness Dn for measurement is formed to be 21 nm, it is thicker than the original desired target thin film thickness Tr. Even if the target material 510 is initially set to emit the target material at a discharge amount as much as the target thin film thickness Tr can be accurately formed, as various environmental conditions such as voltage, current, and vacuum are changed, A change occurs in the emission amount of the ink. The difference between the thin film thickness for the measurement and the target thin film thickness is caused by this reason. It goes without saying that such a change in the amount of the target material emission will affect not only the thickness for measurement formed on the quartz crystal but also the thickness of the thin film formed on the actual substrate. In the case of the example, the measurement thin film was formed to be thicker by 1.05 (= 21/20) times than originally desired target thin film, and the actual thin film on the substrate would be formed to be thicker by 1.05 times.

한편, 상기 타겟건(510)에서 동일한 양으로 타겟물질을 방출할 경우, 상기 타겟건(510) 전방을 지나가는 상기 기판(550)의 이송속도가 빠를수록 상기 기판(550) 상에 형성되는 박막의 두께가 얇아질 것임은 자명하다. 이러한 점을 고려할 때, 제n층 환경보정팩터(Cn) 값이 1.05가 나왔다면, 이 값을 그대로 이송속도에 곱해서 다음 층 형성 시의 이송속도로 사용함으로써 보정이 이루어질 수 있을 것임을 유추할 수 있다. 즉, 제n+1층 이송속도(Vn+1) 값은, 제n층 환경보정팩터(Cn) 값인 1.05를 제n층 이송속도(Vn)에 곱한 값으로 결정되는 것이다.When the target material is discharged in the same amount by the target gun 510, the higher the transfer speed of the substrate 550 passing in front of the target gun 510, It is obvious that the thickness will be thinner. Considering this point, it can be inferred that if the value of the nth layer environmental correction factor (Cn) is 1.05, the correction value can be obtained by multiplying the feed rate by the feed rate at the next layer formation speed . That is, the value of the (n + 1) th layer feed rate (Vn + 1) is determined by multiplying the nth layer feed rate Vn by 1.05, which is the value of the nth layer environment correction factor Cn.

한편 위와 같은 과정을 생각할 때, 최초 즉 박막 제1층 형성 시 이송속도를 V1이라 할 때, 제2층 이송속도 V2는 C1ㆍV1이 될 것이며, 제3층 이송속도 V3는 C2ㆍV2 = (C2ㆍC1)ㆍV1이 될 것이며, 제4층 이송속도 V4는 C3ㆍV3 = (C3ㆍC2ㆍC1)ㆍV1이 될 것이다. 이와 같은 식으로 제n층 이송속도 Vn은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.On the other hand, when considering the above process, the first layer feed rate V2 will be C1 ㆍ V1 and the third layer feed rate V3 will be C2 ㆍ V2 = ( C2 占 C1) 占 V1, and the fourth layer transfer speed V4 will be C3 占 V3 = (C3 占 C2 占 C1) 占 V1. In this way, the n-th layer transporting speed Vn can be expressed by the following equation.

Vn = Cn-1ㆍVn-1 = (Cn-1ㆍ…ㆍC2ㆍC1)ㆍV1Vn = Cn-1? Vn-1 = (Cn-1 ... C2? C1) V1

본 발명에서는 이처럼 각 층마다 산출되는 환경보정팩터를 기판 이송속도에 곱해 줌으로써 다음 층 기판 이송속도를 보정함으로써, 궁극적으로는 박막 두께를 제어할 수 있게 된다.In the present invention, by multiplying the substrate transfer rate by the environment correction factor calculated for each layer as described above, it is possible to control the thin film thickness ultimately by correcting the next layer substrate transfer speed.

[두께산출단계][Step of Calculating Thickness]

본 발명에서는 상술한 바와 같은 방식으로 인라인 타입의 박막 증착 장치를 이용한 다층 박막 형성 공정 중의 두께 제어를 훌륭히 수행해 낼 수 있다. 더불어 본 발명에서, 각 층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 값 및 상기 이송보정팩터(F) 값을 사용하여 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 두께(T) 값을 산출할 수도 있다.In the present invention, the thickness control during the multi-layer thin film forming process using the in-line type thin film deposition apparatus can be excellently performed in the above-described manner. (T) value formed on the substrate 550 using the value of the measurement thin film thickness D formed on the quartz oscillator and the value of the feed correction factor F in the formation of each layer thin film in the present invention, May be calculated.

보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 상기 이송보정팩터(F) 값은 앞서 설명하였듯이 박막 제1층 두께(T1) 값을 측정용 박막 제1층 두께(D1) 값으로 나눈 값이 이송보정팩터(F) 값으로 결정된다. 즉, 거꾸로 제n층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제n층 두께(Dn) 값에 상기 이송보정팩터(F) 값을 곱하면, 상기 기판(550) 상에 형성된 박막 제n층 두께(Tn) 값을 산출해 낼 수 있게 되는 것이다.More specifically, it is as follows. As described above, the value of the feed correction factor (F) is determined by dividing the value of the thin film first layer thickness (T1) by the value of the thin film first layer (D1) for measurement as the value of the feed correction factor (F). That is, when the n-th layer thickness (Dn) value of the thin film for measurement formed on the quartz crystal is multiplied by the value of the feed correction factor F when the n-th thin film is formed inversely, The layer thickness (Tn) value can be calculated.

여기에서 부연하자면, 상기 타겟건(510)과 상기 기판(550) 사이의 거리 값과 상기 타겟건(510)과 상기 수정진동자 사이의 거리 값이 동일하다면 상술한 바와 같이 계산하는 것으로 실제 박막 두께 산출이 완료될 수 있다. 그러나 도 1(A), (B), (C)로 설명한 바와 같이 상기 타겟건(510)과 상기 기판(550) 사이의 거리 값과 상기 타겟건(510)과 상기 수정진동자 사이의 거리 값이 동일하지 않은 경우가 있을 수 있다. 따라서 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께(D) 측정은, 상기 타겟건(510)과 상기 기판(550) 사이의 거리 값을 상기 타겟건(510)과 상기 수정진동자 사이의 거리 값으로 나눈 값으로 결정되는 툴링팩터 값에 의해 보정되는 것이 더욱 바람직하다. 툴링팩터 보정이 이루어지지 않을 경우 상대적인 박막 두께 측정 및 제어만이 가능하겠으나, 툴링팩터 보정이 이루어지면 절대적인 박막 두께 측정 및 제어가 가능하게 된다.In addition, if the distance between the target gun 510 and the substrate 550 is the same as the distance between the target gun 510 and the quartz vibrator, calculation is performed as described above, Can be completed. However, as described with reference to FIGS. 1 (A), (B) and (C), the distance between the target gun 510 and the substrate 550 and the distance between the target gun 510 and the quartz crystal There may be cases where it is not the same. The measuring thin film thickness D formed on the quartz crystal vibrator is obtained by dividing the distance value between the target gun 510 and the substrate 550 by the distance value between the target gun 510 and the quartz crystal Is corrected by the tooling factor value determined by the value of the tooling factor. When the tooling factor correction is not performed, only the relative thin film thickness measurement and control is possible. However, when the tooling factor correction is performed, absolute thin film thickness measurement and control becomes possible.

한편, 위의 설명에서는 하나의 타겟건으로 하나의 타겟물질을 방출하는 것처럼 설명하였으나, 이는 단지 이해를 돕기 위해 간략하게 단계를 줄여 설명한 것일 뿐으로, 본 발명이 이로써 한정되는 것은 전혀 아니다. 실제로 다층 박막을 형성하는 과정에서 복수 개의 타겟물질을 교대로 증착하는 경우가 많이 있는데, 예를 들어 하나의 타겟건에서는 티타늄(Ti)을, 다른 하나의 타겟건에서는 니켈(Ni)을 방출하여 증착하도록 이루어질 수 있다. 이와 같은 공정을 수행할 수 있도록, 도 2 및 도 3에서도 타겟건이 복수 개 구비되어 있음이 나타나 있다.In the above description, it has been described that one target substance is emitted as a single target material. However, the present invention is not limited thereto at all. In practice, a plurality of target materials are alternately deposited in the process of forming a multilayer thin film. For example, titanium (Ti) is emitted in one target gun and nickel (Ni) . 2 and 3 also show that a plurality of target guns are provided in order to perform such a process.

이처럼 상기 인라인 타입 박막 증착 장치(500)에는 상기 타겟건(510)이 복수 개 구비되는 경우, 물론 당연히 상기 타겟건(510) 하나당 상기 두께측정부(100)가 하나씩 구비되도록 이루어진다. 또한 다층 박막 형성을 위해 상기 두께제어단계가 다수 번 반복 수행되되, 각각의 상기 두께제어단계 시 사용되는 상기 타겟건(510)은 매번 동일하거나 또는 다르게 이루어질 수 있다. 즉 티타늄 타겟건만 계속 사용되어 박막 증착이 이루어질 수도 있고, 티타늄 타겟건과 니켈 타겟건이 교대로 사용될 수도 있고, 티타늄 타겟건 2번에 니켈 타겟건 1번과 같은 식으로 미리 결정된 비율로 교차 사용될 수도 있는 등 다양한 방식으로 박막 증착이 이루어질 수 있다. 물론 서로 다른 각각의 타겟건(510)에 따라 목표 박막 두께(Tr), 이송보정팩터(F), 환경보정팩터(C) 등의 변수가 각각 별도로 결정, 측정, 산출되어야 함은 당연하다.The inline type thin film deposition apparatus 500 may include a plurality of the target guns 510 and one thickness measuring unit 100 per target gun 510. Also, the thickness control step is repeated a plurality of times in order to form a multilayer thin film, and the target gun 510 used in each thickness control step may be the same or different each time. That is, only the titanium target gun may be continuously used to perform the thin film deposition, or alternatively, the titanium target gun and the nickel target gun may be used alternately, or may be used at a predetermined ratio in the same manner as the nickel target gun # 2, The deposition of the thin film can be performed in various ways. It is a matter of course that the parameters such as the target film thickness Tr, the feed correction factor F and the environment correction factor C must be separately determined, measured and calculated according to the different target guns 510, respectively.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

100: 두께측정부 150: 제어부
500: 인라인 타입 박막 증착 장치 510: 타겟건
520: 기판홀더 550: 기판100: thickness measuring unit 150:
500: Inline type thin film deposition apparatus 510: Target gun
520: substrate holder 550: substrate

Claims (9)

증착원료인 타겟물질을 방출하는 타겟건, 상기 타겟건 전방에 배치되어 증착대상물인 기판을 이송시키는 기판홀더를 포함하여 이루어져 상기 기판 상에 다층 박막을 형성하는 인라인 타입 박막 증착 장치를 이용하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법에 있어서,
상기 타겟건 전방에는 수정진동자를 포함하여 이루어지는 두께측정부가 구비되며,
최초 제1층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께 값 및 상기 기판 상에 형성된 박막 두께 값 간의 비율을 이용하여 이송보정팩터를 산출하는 초기설정단계;
각 층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께 값 및 미리 결정된 목표 박막 두께 값 간의 비율을 이용하여 환경보정팩터를 산출하고, 상기 환경보정팩터 값에 따라 상기 기판 이송속도를 피드백 제어함으로써 상기 기판 상에 형성되는 박막 두께를 제어하는 두께제어단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
An inline type thin film deposition apparatus using an inline type thin film deposition apparatus including a target gun for emitting a target material as a deposition source and a substrate holder disposed in front of the target gun for transferring a substrate to be deposited to form a multilayer thin film on the substrate, A thin film thickness control method in a deposition process,
A thickness measuring unit including a quartz crystal is provided in front of the target key,
An initial setting step of calculating a feed correction factor by using a ratio between a measured thin film thickness value formed on the quartz crystal substrate and a thin film thickness value formed on the substrate when forming the first layer thin film;
Calculating an environmental correction factor by using a ratio between a measured thin film thickness value formed on the quartz crystal substrate and a predetermined target thin film thickness value when forming each layer thin film and by feedback controlling the substrate conveying speed according to the environmental correction factor value A thickness control step of controlling a thickness of a thin film formed on the substrate;
Wherein the thin film thickness control method comprises the steps of:
제 1항에 있어서, 상기 초기설정단계는,
상기 타겟건이 타겟물질을 방출하고 상기 기판홀더가 미리 결정된 이송속도로 상기 기판을 이송시켜, 상기 기판 상에 타겟물질로 이루어지는 박막 제1층이 형성되고, 상기 수정진동자 상에 타겟물질로 이루어지는 측정용 박막 제1층이 형성되는 단계;
상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제1층의 두께 및 상기 기판 상에 형성된 박막 제1층의 두께가 각각 측정되는 단계;
박막 제1층 두께 값을 측정용 박막 제1층 두께 값으로 나눈 값이 이송보정팩터 값으로 결정되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
2. The method according to claim 1,
Wherein the target gun emits a target material and the substrate holder transports the substrate at a predetermined feed rate to form a thin film first layer of a target material on the substrate, Forming a thin film first layer;
Measuring a thickness of the first thin film layer for measurement formed on the quartz crystal and a thickness of the first thin film layer formed on the substrate, respectively;
The value obtained by dividing the thin film first layer thickness value by the thin film first layer thickness value for measurement is determined as the transport correction factor value;
Wherein the thin film thickness control method comprises the steps of:
제 1항에 있어서, 상기 두께제어단계는,
제n층 박막 형성 시,
상기 타겟건이 타겟물질을 방출하고 상기 기판홀더가 미리 결정된 제n층 이송속도로 상기 기판을 이송시켜, 상기 기판 상에 타겟물질로 이루어지는 박막 제n층이 형성되고, 상기 수정진동자 상에 타겟물질로 이루어지는 측정용 박막 제n층이 형성되는 단계;
상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 제n층의 두께가 측정되는 단계;
측정용 박막 제n층의 두께 값을 미리 결정된 목표 박막 두께 값으로 나눈 값이 제n층 환경보정팩터 값으로 결정되는 단계;
를 포함하여 이루어지며,
제n+1층 박막 형성 시,
제n층 환경보정팩터 값을 제n층 이송속도에 곱한 값으로 제n+1층 이송속도가 결정되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
(여기에서 n은 2 이상의 자연수)
2. The method of claim 1,
In forming the n-th layer thin film,
Wherein the target gun emits a target material and the substrate holder transports the substrate at a predetermined nth layer transfer rate to form a thin film n layer made of a target material on the substrate, Forming a thin film-forming n-layer for measurement;
Measuring a thickness of the thin film n-layer for measurement formed on the quartz crystal;
A value obtained by dividing a thickness value of the thin film n-layer for measurement by a predetermined target thin film thickness value is determined as an n-th layer environment correction factor value;
And,
In the formation of the (n + 1) -th thin film,
The nth layer transport speed is determined by multiplying the nth layer transport rate by the nth layer environmental correction factor value;
Wherein the thin film thickness control method comprises the steps of:
(Where n is a natural number of 2 or more)
제 2항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 박막 제1층의 두께 측정은,
X선 반사율 장치 또는 엘립소미터에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
3. The method according to claim 2, wherein the thickness measurement of the thin film first layer formed on the substrate comprises:
An X-ray reflectance device, or an ellipsometer.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막의 두께 측정은,
상기 타겟건과 상기 기판 사이의 거리 값을 상기 타겟건과 상기 수정진동자 사이의 거리 값으로 나눈 값으로 결정되는 툴링팩터 값에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
The method according to claim 2 or 3, wherein the measurement of the thickness of the thin film for measurement formed on the quartz crystal vibrates,
Wherein the correction value is corrected by a tooling factor value determined by dividing a distance value between the target gun and the substrate by a distance value between the target gun and the quartz crystal vibrator.
제 1항에 있어서, 상기 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법은,
상기 인라인 타입 박막 증착 장치에는 상기 타겟건이 복수 개 구비되고, 상기 타겟건 하나당 상기 두께측정부가 하나씩 구비되도록 이루어지며,
다층 박막 형성을 위해 상기 두께제어단계가 다수 번 반복 수행되되,
각각의 상기 두께제어단계 시 사용되는 상기 타겟건은 매번 동일하거나 또는 다르게 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
The thin film thickness control method according to claim 1, wherein in the in-line type thin film deposition process,
Wherein the inline type thin film deposition apparatus is provided with a plurality of target guns, each of the thickness measuring units is provided with one target gun,
The thickness control step is repeated a plurality of times to form a multilayer thin film,
Wherein the target gun used in each of the thickness control steps is the same or different from the target gun used in each of the thickness control steps.
제 1항에 있어서, 상기 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법은,
각 층 박막 형성 시 상기 수정진동자 상에 형성된 측정용 박막 두께 값 및 상기 이송보정팩터 값을 사용하여 상기 기판 상에 형성된 박막 두께 값을 산출하는 두께산출단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 방법.
The thin film thickness control method according to claim 1, wherein in the in-line type thin film deposition process,
A thickness calculating step of calculating a thin film thickness value formed on the substrate using the measurement thin film thickness value formed on the quartz crystal substrate and the feed correction factor value when each layer thin film is formed;
Wherein the thin film thickness control method further comprises:
증착원료인 타겟물질을 방출하는 타겟건, 상기 타겟건 전방에 배치되어 증착대상물인 기판을 이송시키는 기판홀더를 포함하여 이루어져 상기 기판 상에 다층 박막을 형성하는 인라인 타입 박막 증착 장치에 구비되는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치에 있어서,
상기 타겟건 전방에 배치되며 수정진동자를 포함하여 이루어지는 두께측정부;
상기 두께측정부에서 측정된 값을 사용하여 상기 기판 이송속도를 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치.
An in-line type thin film deposition apparatus for depositing a multilayer thin film on a substrate, the thin film deposition apparatus comprising: a target gun which discharges a target material as a deposition source; and a substrate holder which is disposed in front of the target gun to transfer a substrate, In a thin film thickness control apparatus in a thin film deposition process,
A thickness measuring unit disposed in front of the target key and including a quartz vibrator;
A controller for controlling the substrate transfer speed using a value measured by the thickness measuring unit;
Wherein the thin film thickness control device comprises:
제 8항에 있어서,
상기 인라인 타입 박막 증착 장치에는 상기 타겟건이 복수 개 구비되고,
상기 타겟건 하나당 상기 두께측정부가 하나씩 구비되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 박막 증착 공정 시 박막 두께 제어 장치.9. The method of claim 8,
The in-line type thin film deposition apparatus includes a plurality of target guns,
Wherein the thin film thickness measuring unit is provided for each of the target guns.
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