KR100560261B1 - 가열 수단의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 - Google Patents

가열 수단의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 Download PDF

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Abstract

CVD 장치(100)의 처리실(102) 벽부에는 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)가 내장된다. 각 히터는 온도 상승에 비례하여 저항값이 커진다. 히터 제어 장치(160)는 각 히터의 전류값과 전압값으로부터 히터 저항값을 구한다. 또한, 히터 제어 장치(160)는 설정 온도에 근거하는 기준 저항값을 온도 센서(250)의 검출 온도에 근거하는 보정값으로 보정하고, 보정된 기준 저항값에 각 히터의 온도 분포 정수를 곱하여 목표 저항값을 구한다. 히터 제어 장치(160)는 각 히터 저항값이 목표 저항값을 추종하도록, 각 히터로 공급하는 교류 전력의 위상을 적절히 제어한다. 이러한 구성에 의해서, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)를 엄밀하게 온도 제어 할 수 있다.

Description

가열 수단의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TEMPERATURE CONTROL OF HEATER}
본 발명은 가열 수단의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는 히터를 구비한 각종 반도체 제조 장치가 사용되고 있다. 예컨대, 열 CVD(成膜) 장치에는 처리실 벽부나, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 칭함)의 탑재대 등에 히터가 설치되어 있다. 따라서, 열 CVD 장치에서는 상기 히터에 의해서 처리실 벽부나 탑재대를 소정 온도로 가열한 후에 성막처리를 실행하고 있다. 또한, 히터의 온도 제어는 온도 제어 장치에 의해서 실행되고 있다. 해당 온도 제어 장치는 설정 온도와 감열(온도) 센서에 의해서 검출된 히터의 온도를 비교한다. 그리고, 온도 제어 장치는 양쪽의 온도가 대략 동일하게 되도록, 히터에 공급하는 전력을 스위칭에 의해서 온·오프 제어하여 히터의 발열량을 조정한다. 또한, 온도 제어 장치에는 인터록용 감열 센서(이하, 「인터록 센서」라고 함)가 접속되어 있다. 온도 제어 장치는 해당 인터록 센서에서 검출된 히터의 온도가 온도 제어 장치에 설정된 상한 온도 이상이 되면 히터로의 전력 공급을 정지한다.
그러나, 상기 종래의 기술에서는 하나의 히터에 대하여 감열 센서와 인터록 센서를 각각 하나씩 구비할 필요가 있다. 이 때문에, 복수의 히터를 설치하는 경우에는 히터수에 비례하여 각 센서수와, 각 센서와 온도 제어 장치를 접속하는 배선수도 증가한다. 그 결과, 상기 종래 기술에서는 각 센서를 설치하는 만큼 초기 비용이 증가한다고 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래 기술에서는 각 센서나 각 배선의 점검 및 검사가 번잡하게 되어 유지 보수성이 저하한다고 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래 기술에서는 각 센서나 각 배선이 증가하는 만큼 장치가 대형화한다. 이 때문에, 상기 CVD 장치 등의 클린 룸내에 배치되는 장치를 소형화한다고 하는 기술적 요구에도 답할 수 없다고 하는 문제점도 있다.
또한, 상기 종래 기술에서는 히터의 온도를 직접 검출할 수가 없다. 이 때문에, 히터의 온도를 정확하게 파악할 수 없으므로, 히터의 온도 제어가 불안정하게 된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래의 기술에서는 하나의 부재를 복수의 히터로 가열하는 경우라도, 히터가 배치된 장소에 관계없이 각 히터의 온도를 대략 동일하게 유지한다. 이 때문에, 히터로부터 발생한 열이 서로 간섭하여 부재의 온도를 균일하게 유지할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래의 기술에서는 일정 전력을 온·오프하여 히터에 공급함으로써 히터 온도를 조정한다. 이 때문에, 히터의 온도가 전력을 온했을 때와 오프했 을 때에 크게 변화되어 히터 온도를 일정하게 유지할 수 없어, 엄밀한 온도 제어를 할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
발명의 요약
본 발명은 종래의 기술이 갖는 상기 문제점에 비추어 이루어진 것이다. 그리고, 본 발명의 목적은 상기 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하는 것이 가능한 신규, 또는 개량된 가열 수단의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 장치에 있어서, 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 가열 수단과, 피 가열체의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출 수단과, 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 저항값을 온도 검출 수단의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하고, 보정된 기준 저항값에 각 가열 수단마다 사전에 구해진 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여, 각 가열 수단의 목표 저항값을 구하는 목표 저항값 연산 수단과, 각 가열 수단에 인가되어 있는 전압에 근거하는 귀환 전압값과, 각 가열 수단에 흐르고 있는 전류에 근거하는 귀환 전류값으로부터 각 가열 수단의 실제 저항값을 구하는 실제 저항값 연산 수단과, 각 가열 수단의 실제 저항값이 목표 저항값을 추종하도록 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 전력 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 수단의 온도 제어 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 온도 상승에 비례하여 저항값이 증가하는 가열 수단이 채용되고 있다. 이 때문에, 가열 수단으로부터 얻어지는 귀환(피드 백) 전압값과 귀환 전류값으로부터 구해지는 실제 저항값에 근거하여 가열 수단의 온도를 구할 수 있다. 그 결과, 가열 수단의 온도를 검출하는 온도 검출 수단 및 온도 검출 수단과 온도 제어기를 접속하는 배선 등의 접속 수단을 각 가열 수단마다 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 복수의 가열 수단으로 피 가열체를 가열하는 경우라도, 초기 비용의 억제 및 유지 보수의 용이화를 도모할 수 있다. 또한, 가열 수단의 온도를 직접 검출할 수 있으므로, 가열 수단의 온도 제어를 정확하고 또한 안정적으로 실행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 각 가열 수단을 제어할 때의 기준값인 기준 저항값을 온도 검출 수단의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정한다. 이러한 구성에 의해서, 각 가열 수단을 설정 온도와 함께 실제의 피 가열체의 온도에도 근거하여 제어할 수 있다. 그 결과, 각 가열 수단을 보다 엄밀하게 온도 제어할 수 있어, 피 가열체의 온도를 설정 온도에 보다 접근시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 보정된 기준 저항값에 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여 목표 저항값을 구한다. 이러한 목표 저항값을 채용하면, 피 가열체의 각 부분의 온도 상태에 따라 가열 수단의 온도를 조정할 수 있다. 이 때문에, 피 가열체의 온도를 보다 균일하게 유지할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의해서, 각 가열 수단의 온도비를 피 가열체 전체의 온도가 균일하게 되도록 조정할 수 있다. 이 때문에, 피 가열체의 온도 관리를 정확하게 실행할 수 있다. 또한, 각 가열 수 단의 실제 저항값은 실제 저항값 연산 수단에 의해서 산출된다. 이 때문에, 각각의 실제 저항값의 변화를 각 가열 수단의 온도 변화와 거의 동시에 구할 수 있다. 그 결과, 각 가열 수단의 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전력 제어 수단으로서 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 위상 제어 수단을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 가열 수단에 인가하는 교류 전력의 위상을 적절히 변화시킴으로써, 가열 수단의 온도를 조정할 수 있다. 이 때문에, 전력을 스위치 등의 단속 수단으로 온·오프하는 경우보다도 섬세하고 치밀하게 가열 수단의 제어를 실행할 수 있다. 그 결과, 피 가열체의 온도를 안정시킬 수 있다.
또한, 위상 제어 수단에 있어서, 실제 저항값이 목표 저항값보다 작은 경우에는 전력의 인가 시간을 증가시키고, 실제 저항값이 목표 저항값과 실질적으로 동일한 경우에는 전력의 인가 시간을 유지시킴과 동시에, 실제 저항값이 목표 저항값보다도 큰 경우에는 전력의 인가 시간을 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 가열 수단의 온도를 신속하고 또한 확실하게 조정할 수 있다.
또한, 전력 제어 수단으로서, 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어(zero cross control)하는 제로 크로스 제어 수단을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 전력의 온 또는 오프를 전압이 영점(zero)일 때에 실행하기 때문에, 전력에 노이즈가 발생하기 어렵다. 그 결과, 각 가열 수단에 전력을 안정적으로 공급할 수 있어, 각 가열 수단의 온도를 보다 안정시킬 수 있다.
또한, 전력 제어 수단으로서, 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어(linear control)하는 리니어 제어 수단을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 전력을 연속적으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 각 가열 수단의 제어성을 높일 수 있다. 또한, 전력에 노이즈가 발생하기 어렵기 때문에, 온도 제어를 안정적으로 실행할 수 있다.
또한, 전력 제어 수단에 실제 저항값이 상한 저항값보다도 커진 경우 또는 하한 저항값보다도 작아진 경우에 가열 수단으로의 상기 전력의 공급을 정지하는 전력 공급 정지 수단을 접속하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 각 저항값으로부터 가열 수단 등의 이상을 판단할 수 있다. 이 때문에, 온도 이상을 검출하는 온도 검출 수단 및 해당 온도 검출 수단과 온도 제어 장치를 접속하는 배선이 불필요하게 된다. 그 결과, 초기 비용의 경감 및 유지 보수성의 향상을 더욱 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 피 가열체가 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 경우에 특히 우수한 효과를 얻을 수 있다. 반도체 장치의 제조 공정에서는 반도체 장치의 초미세화 및 초고집적화에 따라, 보다 엄밀한 온도 제어가 요구되고 있다. 따라서, 가열이 필요한 상기 부재의 온도 제어에 본 발명을 채용하면, 보다 고정밀도의 온도 제어가 가능해진다. 또한, 반도체 제조 장치 등은 클린 룸내에 배치되는 것이 많다. 따라서, 상기 가열 수단 및 온도 제어 장치를 반도체 제조 장치 등에 채용하면, 각종 온도 검출 수단이나 접속 수단을 적게 할 수 있는 만큼 장치를 소형화할 수 있다. 이 때문에, 클린 룸내의 공간을 유효하게 이용하거나 또는 클린 룸의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 반도체 제조 장치류에는 반도체 제조 장치뿐 만 아니라, 반도체 제조 장치에 접속되는 각종 장치 등의 반도체 제조 공정에서 사용되는 모든 장치가 포함된다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 장치에 있어서, 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 가열 수단과, 피 가열체의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출 수단과, 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 전압값을 온도 검출 수단의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하고, 보정된 기준 전압값에 각 가열 수단마다 사전에 구해진 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여, 각 가열 수단의 목표 전압값을 구하는 목표 전압값 연산 수단과, 각 가열 수단에 인가되어 있는 실제 전압값을 검출하는 전압 검출 수단과, 각 가열 수단의 실제 전압값이 목표 전압값을 추종하도록, 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 전력 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 수단의 온도 제어 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 각 가열 수단을 목표 전압값과 실제 전압값에 근거하여 제어한다. 실제 전압값은 가열 수단에 인가되어 있는 전압을 검출함으로써 연산 없이 구할 수 있다. 이 때문에, 실제 전압값의 연산 수단 및 연산 공정이 불필요하게 되어 장치 구성 및 제어 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 전력 제어 수단으로서, 상기 발명과 같이 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 위상 제어 수단을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 위상 제어 수단에 있어서, 상기 발명과 같이 실제 전압값이 목표 전압값보다도 작은 경우에는 전력의 인가 시간을 증가시키고, 실제 전압값이 목표 전압값과 실질적으로 동 일한 경우에는 전력의 인가 시간을 유지시킴과 동시에, 실제 전압값이 목표 전압값보다도 큰 경우에는 전력의 인가 시간을 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 전력 제어 수단으로서, 상기 발명과 같이 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 제로 크로스 제어 수단 또는 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 리니어 제어 수단을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 전력 제어 수단에 상기 발명과 같이 실제 전압값이 상한 전압값보다도 커진 경우 또는 하한 전압값보다도 작아진 경우에, 가열 수단으로의 전력의 공급을 정지하는 전력 공급 정지 수단을 접속하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 발명과 같이 피 가열체가 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 경우에 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 방법에 있어서, 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 저항값을 적어도 하나의 온도 검출 수단에서 검출된 피 가열체의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하는 공정과, 보정된 기준 저항값에 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 가열 수단마다 사전에 구해진 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여 각 가열 수단의 목표 저항값을 구하는 공정과, 각 가열 수단에 인가되어 있는 전압에 근거하는 귀환 전압값과, 각 가열 수단을 흐르고 있는 전류에 근거하는 귀환 전류값으로부터 각 가열 수단의 실제 저항값을 구하는 공정과, 각 가열 수단의 실제 저항값이 목표 저항값을 추종하도록 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 수단의 온도 제어 방법이 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 가열 수단의 저항값이 가열 수단의 온도 상승에 대응하여 증가한다. 이 때문에, 상기 발명과 같이 각 가열 수단의 귀환 전압값과 귀환 전류값으로부터 구해진 각각의 실제 저항값에 근거하여, 각 가열 수단의 온도 제어를 할 수 있다. 그 결과, 각 가열 수단의 온도 관리를 확실하게 실행할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기 청구항 1에 기재된 발명과 같이, 기준 저항값을 검출 온도에 근거하여 보정한다. 그 결과, 온도 제어를 보다 정확하게 실행할 수 있다. 또한, 목표 저항값은 보정된 기준 저항값에 온도 분포 정수를 곱하여 구해진다. 이 때문에, 복수의 가열 수단으로 피 가열체를 가열하는 경우라도, 상기 청구항 1에 기재된 발명과 같이, 피 가열체의 상태에 따라 피 가열체의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
또한, 전력을 제어하는 공정으로서, 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 공정을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 발명과 같이, 가열 수단의 온도 조정을 위상 제어에 의해서 실행할 수 있다. 이 때문에, 가열 수단의 온도를 엄밀하게 설정할 수 있다.
또한, 전력을 위상 제어하는 공정에 실제 저항값이 목표 저항값보다도 작은 경우에는 전력의 인가 시간을 증가시키는 공정과, 실제 저항값이 목표 저항값과 실질적으로 동일한 경우에는 전력의 인가 시간을 유지하는 공정과, 실제 저항값이 목표 저항값보다도 큰 경우에는 전력의 인가 시간을 감소시키는 공정을 포함시키는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해서, 상기 발명과 같이 피 가열체를 소정 온 도로 확실히 설정할 수 있다.
또한, 전력을 제어하는 공정으로서, 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 공정을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 발명과 같이, 각 가열 수단에 인가되는 전력에 노이즈가 들어가기 어렵게 된다. 그 결과, 소정 전력을 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 전력을 제어하는 공정으로서, 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 공정을 채용하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 발명과 같이 전력을 연속적으로 제어할 수 있다. 그 결과, 제어성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 실제 저항값이 상한 저항값보다도 커진 경우 또는 하한 저항값보다도 작게 된 경우에, 가열 수단으로의 전력의 공급을 정지하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 발명과 같이 가열 수단의 온도 이상을 검출하는 온도 검출 수단을 설치하지 않더라도, 실제 저항값으로부터 가열 수단의 이상을 검출할 수 있다. 이 때문에, 피 가열체 등의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 피 가열체가 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 발명과 같이 반도체 제조 장치류의 온도 제어를 소망하는 상태로 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 방법에 있어서, 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 전압값을 적어도 하나의 온도 검출 수단에서 검출된 피 가열체의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하는 공정과, 보정된 기준 전압값에 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 가열 수단마다 사전에 구해진 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하고, 각 가열 수단의 목표 전압값을 구하는 공정과, 각 가열 수단에 인가되어 있는 실제 전압값을 검출하는 공정과, 각 가열 수단의 실제 전압값이 목표 전압값을 추종하도록 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 수단의 온도 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 상기 발명과 같이 각 가열 수단으로부터 검출된 실제 전압값을 이용하여 각 가열 수단을 제어한다. 이 때문에, 실제 전압값의 연산 수단 및 연산 공정이 불필요하게 되어 장치 구성 및 제어 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 전력을 제어하는 공정으로서, 상기 발명과 같이 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 공정을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 전력을 위상 제어하는 공정에 상기 발명과 같이 실제 전압값이 목표 전압값보다 작은 경우에는 전력의 인가 시간을 증가시키는 공정과, 실제 전압값이 목표 전압값과 실질적으로 동일한 경우에는 전력의 인가 시간을 유지하는 공정과, 실제 전압값이 목표 전압값보다도 큰 경우에는 전력의 인가 시간을 감소시키는 공정을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 전력을 제어하는 공정으로서, 상기 발명과 같이 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 공정 또는 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 공정을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발명과 같이 실제 전압값이 상한 전압값보다도 커진 경우 또는 하한 전압값보다도 작아진 경우에 가열 수단으로의 전력의 공급을 정지하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발명과 같이 피 가열체가 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명을 적용가능한 CVD 장치를 도시하는 개략적인 단면도,
도 2는 도 1에 도시하는 CVD 장치에 설치되어 있는 카트리지 히터의 배치를 설명하기 위한 개략적인 사시도,
도 3은 도 1에 도시하는 CVD 장치에 설치되어 있는 카트리지 히터의 구성을 설명하기 위한 개략적인 사시도,
도 4는 도 1에 도시하는 CVD 장치 및 CVD 장치에 접속되어 있는 부재에 설치되어 있는 각 히터의 발열체의 특성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 5는 도 1에 도시되는 히터 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 6은 도 5에 도시하는 히터 제어부의 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 도 6에 도시하는 위상 제어기의 위상 제어를 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 8은 도 6에 도시하는 연산기의 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 연산기의 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 맨틀(mantle) 히터의 제어 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예의 히터 제어 장치를 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 12는 도 11에 도시하는 히터 제어 장치의 제어 구성을 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 l3a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명의 다른 형태의 제로 크로스 제어를 설명하기 위한 개략적인 설명도,
도 l4a, 도 14b 및 도 14c는 본 발명의 다른 형태의 리니어 제어를 설명하기 위한 개략적인 설명도.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 가열 수단의 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법을 열 CVD 장치에 구비된 히터의 히터 제어 장치 및 히터 제어 방법에 적용한 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 각 실시예에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 중복 설명을 생략한다.
(제 1 실시예)
본 실시예는 복수의 히터를 각 히터의 저항값에 근거하여 온도 제어하는 점에 특징이 있다. 이하, 이러한 온도 제어를 하는 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 대하여 상술한다.
(1) CVD 장치의 구성
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 발명을 적용가능한 CVD 장치(100)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 CVD 장치(100)의 처리실(102)은 기밀한 도전성 처리 용기(104)내에 형성되어 있다. 또한, 처리 용기(104)는 단열재(103)에 의해서 피복되어 있다. 처리실(102) 벽부에는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)가 내장되어 있다. 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)는 각각 대략 동일하게 구성되고, 각각 히터 제어 장치(160)에 접속되어 있다. 또한, 처리실(102) 외벽면에는 온도 센서(250)가 설치되어 있다. 온도 센서(250)는 히터 제어 장치(160)를 구성하는 후술하는 온도 제어기(164)에 접속되어 있다. 또한, 온도 센서(250)는 처리실(102) 내벽면의 온도를 민감하게 검출할 수 있어, 부재의 온도가 크게 변화되는 장소, 예컨대 처리실(102)의 마루부 외벽면에 설치되어 있다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이 처리실(102)내에는 탑재대(스테이지)(106)와 가스 토출 부재(108)가 대향 배치되어 있다. 탑재대(106)는 웨이퍼(W)를 탑재 가능하게 구성되어 있다. 또한, 탑재대(106)에는 저항 히터(112)가 내장되어 있다. 저항 히터(112)에는 히터 제어 장치(110)가 접속되어 있다.
또한, 가스 토출 부재(108)에는 다수의 가스 토출 구멍(108a)이 형성되어 있다. 이 때문에, 가스 토출 부재(108)는 소위 샤워헤드 구조를 갖고 있다. 또한, 가스 토출 구멍(108a)은 가스 공급관(120)과 처리실(102)을 연통하고 있다. 또한, 가스 공급관(120)에는 분기관(128)과 분기관(136)이 접속되어 있다. 분기관(128)에는 가스 공급원(126)이 유량 조정 밸브(122)와 개폐 밸브(124)를 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 분기관(136)에는 가스 공급원(134)이 유량 조정 밸브(130)와 개폐 밸브(132)를 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 가스 공급원(126)은 맨틀 히터(실리콘 고무 히터)(140)에 의해서 피복되어 있다. 또한, 맨틀 히터(mantle heater)(140)는 히터 제어 장치(138)에 접속되어 있다. 또한, 분기관(128)과 가스 공급관(120)은 맨틀 히터(144)에 의해서 피복되어 있다. 또한, 맨틀 히터(144)에는 히터 제어 장치(142)가 접속되어 있다. 또한, 맨틀 히터(140, 144)는 도시하지 않은 단열재로 피복되어 있다.
또한, 처리실(102)에는 진공 펌프(P252)가 배기관(145)을 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 배기관(145)에는 배기량 조정 밸브(254), 개폐 밸브(256), 트랩(258)이 설치되어 있다. 트랩(258)은 처리실(102)내에서 배기된 액화가능한 가스를 액화하고, 회수가능하도록 구성되어 있다. 또한, 배기관(145)은 맨틀 히터(260)에 의해서 피복되어 있다. 또한, 맨틀 히터(260)에는 히터 제어 장치(262)가 접속되어 있다. 또한, 맨틀 히터(260)는 도시하지 않은 단열재로 피복되어 있다.
다음에, 도 1을 참조하면서, CVD 장치(100)에서의 성막처리에 대하여 설명한다. 우선, 히터 제어 장치(110, 138, 142, 262, 160)는 각각 대응하는 저항 히터(112), 맨틀 히터(140, 144, 260), 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)를 적절히 제어한다. 이러한 제어에 의해서, 탑재대(106)는 예컨대 400℃ 내지 600℃로 가열된다. 또한, 처리실(102) 벽부는 예컨대 150℃로 가열된다. 또한, 가스 공급원(126)은 예컨대 90℃로 가열된다. 또한, 가스 공급관(128) 및 배기관(145)은, 예컨대 150℃로 가열된다. 이러한 구성에 의해서, 가스 공급원(126)내에 축적된 액체 또는 고체원료, 예컨대 상온에서는 액체인 TiCl4(4염화 티타늄)이 기화한다. 또한, TiCl4는 가스 형상으로 가스 공급관(128) 등을 거쳐서 처리실(102)내에 공급 가능하게 된다. 또한, 처리실(102)에서 배기된 가스는 액화하지 않고 배기관(145)을 통과하여, 트랩(258)내에 도입된다.
이어서, 탑재대(106)상에 웨이퍼(W)를 탑재한다. 또한, 처리실(102)내에는 가스 공급원(126, 134)으로부터 가스 형상의 TiCl4와 NH3(암모니아)를 도입한다. 또한, 처리실(102)내의 가스(분위기)는 진공 펌프(P252)에 의해서 배기된다. 이러한 처리 가스의 도입 및 배기에 의해서, 처리실(102)내는 소정 압력 분위기로 설정된다. 그 결과, 처리실(102)내에 도입된 처리 가스의 작용에 의해서, 웨이퍼(W)에 TiN(질화 티타늄)막이 형성된다.
(2) 히터의 구성
다음에, CVD 장치(100)에 설치되어 있는 각 히터의 구성에 대하여 설명한다. 단, 저항 히터(112), 맨틀 히터(140, 144, 260), 제 l 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)는 발열체의 구성이 대략 동일하다. 따라서, 제 1 카트 리지 히터(146)를 예로 들어 설명한다.
도 3에 도시하는 제 1 카트리지 히터(146)는, 예컨대 스테인레스제의 통체(154)와, 발열선재(156)와, 예컨대 MgO(산화마그네슘)제의 충전재(158)로 구성되어 있다. 발열선재(156)는 통체(154)내의 대략 중앙에 배치되어 있다. 또한, 발열선재(156)와 통체(154)의 내벽면 사이에는 충전재(158)가 충전되어 있다.
발열선재(1561)는 Fe(철)함유 합금, 바람직하게는 Fe와 Ni(니켈)의 합금(이하, 「Fe-Ni 합금」이라고 함)으로 구성되어 있다. 이 Fe-Ni 합금은 종래의 히터의 발열체로 채용되고 있는 Ni와 Cr(크롬)의 합금(Ni크롬)이나, 도 4에 도시하는 W(텅스텐)나 Pt(platina)나 Ta(탄탈)와 비교하더라도 온도 상승에 비례하여 저항값이 크게 증가하는 재료이다. 이 때문에, 이러한 재료를 채용한 발열선재(156)는 후술하는 바와 같이 교류 전력의 인가에 의해서 온도가 상승하면 저항값도 증가한다. 또한 반대로, 발열선재(156)는 교류 전력의 인가가 정지되어, 온도가 저하하면 저항값도 감소한다.
따라서, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도는 발열선재(156) 자체의 저항값으로부터 검출할 수 있다. 이 때문에, 상기 온도를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의해서 온도 센서나 해당 센서에 접속되는 배선 등을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 초기 비용을 억제하여 유지 보수의 용이화 및 CVD 장치(100)의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 상기 Fe-Ni 합금으로 이루어지는 발열체는 제 2 내지 제 4 카트리지 히터(148, 150, 152)와, 저항 히터(112)와, 맨틀 히터(140, 144, 260)에도 사용되고 있다. 따라서, 제 2 내지 제 4 카트리지 히터(148, 150, 152)와, 저항 히터(112)와, 맨틀 히터(140, 144, 260)도 제 1 카트리지 히터(146)와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 발열체는 피복(sheath) 히터에도 채용할 수 있다.
(3) 히터 제어 장치의 구성
(a) 히터 제어 장치의 전체구성
다음에, CVD 장치(100)에 설치되어 있는 히터 제어 장치의 구성에 대하여 설명한다. 단, 히터 제어 장치(110, 138, 142, 160, 262)는 각각 대략 동일하게 구성되어 있다. 따라서, 히터 제어 장치(160)를 예로 들어 설명한다.
히터 제어 장치(160)는 도 5에 도시하는 바와 같이, 온도 제어기(164)와, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)로 구성되어 있다. 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)는 각각 대략 동일하게 구성되고, 각각 온도 제어기(164)에 접속되어 있다. 또한, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)에는 각각 대응하여 상술한 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)가 접속되어 있다. 또한, 온도 제어기(164)에는 상술한 온도 센서(250)가 접속되어 있다.
온도 제어기(164)는 요구되는 처리실(102) 벽부의 온도(이하, 「설정 온도」라고 함)가 설정되면, 해당 설정 온도로부터 기준 저항값을 산출한다. 설정 온도는 성막처리시에 처리실(102) 내벽면에 퇴적물이 부착하지 않는 정도의 온도, 예컨대 150℃로 한다. 또한, 기준 저항값은 상술한 도 4에 도시하는 발열선재(156)의 온도와 저항값의 관계로부터 구해지는 값(일정값)이다. 따라서, 기준 저항값은 예 컨대 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 온도[발열선재(156)의 온도]를 상기 설정 온도와 동일한 150℃로 설정하는 경우, 약 90.29Ω이 된다. 단, 현실적으로는 카트리지 히터에 제품간의 격차가 있다. 이 때문에, 기준 저항값은 개개의 카트리지 히터에 따라 결정된다.
또한, 온도 제어기(164)는 온도 센서(250)에서 검출된 처리실(102) 벽부의 온도로부터 보정값을 수시로 구한다. 보정값은 설정 온도와 처리실(102) 벽부의 온도의 차이에 근거하여, 제어시에 처리실(102) 벽부의 온도가 설정 온도와 항상 동일하게 되도록 일정값의 기준 저항값을 수시 보정하는 값이다. 그리고, 온도 제어기(164)는 설정 온도와 처리실(102) 벽부의 온도에 차이가 있는 경우에는 기준 저항값을 보정값에 근거하여 보정하여 보정 기준 저항값을 구한다. 이 때문에, 보정 기준 저항값은 설정 온도와 처리실(102) 벽부의 온도에 온도차가 있는 경우에는 해당 온도차에 따라 변화된다. 또한, 보정 기준 저항값은 설정 온도와 처리실(102) 벽부의 온도가 동일한 경우에는 기준 저항값과 동일한 값이 된다. 또한, 본 명세서에서는 설정 온도와 처리실(102) 벽부의 온도에 차이가 없고, 기준 저항값의 보정이 실행되지 않는 경우라도, 후술하는 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)을 구하기 위한 기준 저항값을 보정 기준 저항값이라고 한다. 이러한 구성에 의해서, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 온도 제어를 보다 엄밀하게 실행할 수 있다.
또한, 온도 제어기(164)는 보정 기준 저항값에 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)를 곱하여 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)을 산출한다. 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)는 본 실시예에서는 처리실(102) 내벽면 전면의 온도가 균일하게 설정 온도로 되도록, 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 각 가열 개소(배치 개소)마다의 온도 분포를 각각 결정하는 정수이다. 또한, 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)는 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 발열량에 오차가 있는 경우에는 해당 오차도 보정한다. 이 때문에, 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)는 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)마다 사전에 설정된다.
여기서, 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 우선, 실제 처리를 하기 전에 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)에 의해서 가열되는 각 개소 모두에 각각 온도 센서를 설치한다. 각 온도 센서는 온도 센서(250)와 대략 동일하게 구성되어 있다. 또한, 각 온도 센서는 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 온도 변화를 민감하게 검출할 수 있는 장소에 배치된다. 또한, 각 온도 센서에는 온도 센서(250)가 포함되어 있다. 각 온도 센서의 설치후, 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)를 각각 대응하는 각 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)로 제어하면서 각각 소정 온도, 예컨대 모두 동일 설정 온도까지 가열한다. 이 때, 각 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)에서의 제어는 각각 대응하는 온도 센서의 검출 온도에 근거하여 개별 독립적으로 실행한다. 그리고, 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 모두가 설정 온도로 안정된 후에 해당 온도에서의 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 각각의 실제 저항값을 기록한다.
이어서, 상기 기록된 각각의 실제 저항값으로부터 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)를 산출한다. 우선, 각 온도 센서 중 어느 하나의 온도 센서, 예컨대 가장 온도 변화가 컸던 온도 센서(250)의 검출개소의 온도 분포 정수(K1)를 1로 한다. 또한, 온도 센서(250)에 대응하는 제 1 카트리지 히터(146) 실제 저항값과, 온도 센서(250) 이외의 각 온도 센서에 대응하는 제 2 내지 제 4 카트리지 히터(148, 150, 152)의 각각의 실제 저항값에 따라서 라인 저항값의 비례 계산을 한다. 그리고, 이러한 비례 계산에서 산출된 계수가 상기 각 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)에 대응하는 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)가 된다.
다시, 온도 제어기(164)의 설명으로 되돌아간다. 온도 제어기(164)는 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)에 근거하는 신호를 각각 대응하는 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)로 출력한다. 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)은 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)의 값이 커짐에 따라서 커진다. 또한, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 각 발열체(l56)의 온도는, 도 4에 도시하는 바와 같이 저항값의 증가에 따라서 높아진다. 이 때문에, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 온도는 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)이 커짐에 따라서 높아진다. 또한 반대로, 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)은 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)의 값이 작아짐에 따라서 작아진다. 또한, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 각 발열체(l56)의 온도는, 도 4에 도시하는 바와 같이 저항값의 감소에 따라 낮아진다. 이 때문에, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 온도는 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)이 작아짐에 따라서 낮아진다. 또한, 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)은 상기 보정에 따른 보정 기준 저항값의 값의 변화에 따라 변화된다.
이러한 구성에 의해서, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 배치 개소에 따라 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, l48, 150, 152)의 온도가 각각 개별로 설정된다. 이 때문에, 처리실(102) 벽부, 즉 처리실(102) 내벽면을 복수의 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)로 가열하더라도, 처리실(102) 내벽면 전면에서의 균열성을 확보할 수 있다.
그리고, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)는 각각에 대응하는 목표 저항값(RS1, RS2, RS3, RS4)과, 후술하는 히터 저항값(RR1, RR2, RR3, RR4)에 근거하여, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)로 공급하는 전력을 제어, 예컨대 교류 전력의 위상을 제어한다. 또한, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)는 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 발열량을 제어하여 처리실(102) 내벽면을 소정 온도로 유지한다.
(b) 히터 제어기의 구성
다음에, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(166, 168, 170, 172)의 구성에 대하여, 도 6에 도시하는 제 1 히터 제어기(166)를 예로 들어 설명한다. 제 1 히터 제어기(166)는 히터 제어부(174)와 인터록 제어부(175)로 이루어지고, 제 1 카트리지 히터(146)로 공급하는 교류 전력의 위상을 제어한다. 히터 제어부(174)는 전압 센서(176)와, 전류센서(178)와, 로우 패스 필터(180, 182)와, 연산기(184)와, 증폭기(186)와, 위상 제어기(188)로 구성되어 있다. 또한, 위상 제어기(188)는 TRIAC 제어기(190)와, 이 TRIAC 제어기(190)에 접속된 TRIAC(교류 스위치)(192)로 구성되어 있다.
전압 센서(176)는 제 1 카트리지 히터(146)에 인가되어 있는 전압에 근거하는 귀환 전압값(VR)을 측정한다. 해당 귀환 전압값(VR)에 근거하는 신호는 로우패스 필터(180)를 거쳐서 연산기(184)로 출력된다. 한편, 전류센서(178)는 제 1 카트리지 히터(146)를 흐르고 있는 전류에 근거하는 귀환 전류값(IR)을 측정한다. 해당 귀환 전류값(IR)에 근거하는 신호는 로우패스 필터(182)를 거쳐서 연산기(184)로 출력된다. 연산기(184)는 후술하는 바와 같이 귀환 전압값(VR)과 귀환 전류값(IR)으로부터 제 1 카트리지 히터(146)의 실제 저항값인 히터 저항값(RR1)을 산출한다. 또한, 연산기(184)는 해당 히터 저항값(RR1)에 근거하는 신호를 증폭기(186)를 거쳐서 TRIAC 제어기(190)로 출력한다. 연산기(184)는 히터 저항값(RR1)에 근거하는 신호를 인터록 제어부(175)를 구성하는 후술하는 비교기(196, 198, 200)로도 출력한다. 또한, 연산기(184)의 구성에 대해서는 후술한다. 또한, 증폭기(186)에는 상기 온도 제어기(164)로부터 출력된 목표 저항값(RS1)에 근거하는 신호가 입력되어 있다. 이 때문에, 목표 저항값(RS1)에 근거하는 신호가 증폭기(186)를 거쳐서 TRIAC 제어기(190)에 공급된다.
TRIAC 제어기(190)에는 교류 전원(194)의 한쪽 단부가 접속되어 있다. 또한, TRIAC 제어기(190)에는 인터록 제어부(175)를 구성하는 후술하는 RS 래치(214)가 접속되어 있다. 또한, 제 1 카트리지 히터(146)의 각 입력단에는 각각 교류 전원(194)의 다른쪽 단부와, TRIAC(192)의 출력단이 접속되어 있다.
이러한 구성에 의해서, TRIAC 제어기(190)는 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)을 추종하여, 각각 대략 동일해지도록, TRIAC(192)으로부터 제 1 카트리지 히터(146)로 출력되는 교류 전력의 위상을 제어한다. 즉, TRIAC 제어기(190)는 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 온도 제어기(164)에서 정해진 온도(이하, 「목표 온도」라고 함)와 실질적으로 동일하게 되도록 상기 제어를 실행한다.
보다 상세하게는 TRIAC 제어기(190)는 도 7a에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)보다 작고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 목표 온도보다도 낮은 경우에는 TRIAC(192)을 제어하여 상기 교류 전력의 1/2 주기마다의 인가 시간을 증가시켜 발열량을 증가시킨다. 또한, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)과 목표 저항값(RS1)이 대략 동일하고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도와 목표 온도가 실질적으로 동일한 경우에는 TRIAC(192)을 제어하여 상기 교류 전력의 1/2 주기마다의 인가 시간을 현상대로 유지하여 발열량을 일정하게 유지한다． 또한, 도 7c에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)보다 크고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 목표 온도보다 높은 경우에는 TRIAC(192)을 제어하고 상기 교류 전력의 1/2 주기마다의 인가 시간을 감소시켜 발열량을 감소시킨다.
이와 같이, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도는 제 1 카트리지 히터(146)에 인가하는 교류 전력을 1/2 주기마다 위상 제어하여 조정한다. 이 때문에, 전력을 온·오프하여 상기 온도를 조정하는 경우보다 온도차가 발생하기 어렵게 된다. 그 결과, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.
한편, 인터록 제어부(175)는 비교기(196, 198, 200)와, 로우패스 필터(202, 204, 206)와, NOR 게이트(208), AND 게이트(210)와, 인버터 회로(212)와, RS 래치(214)로 구성되어 있다.
비교기(196)는 히터 저항값(RR1)이 히터 제어부(174)를 구성하는 회로의 오픈(절단) 상태를 판단하기 위한 기준값보다도 큰 경우에는 로우패스 필터(202)를 거쳐서 개방 회로 신호를 출력한다. 이 개방 회로 신호의 일부는 인버터 회로(212)와 AND 게이트(210)와 NOR 게이트(208)를 거쳐서 RS 래치(214)에 공급되고, 일부는 제 1 히터 제어기(166) 이외의 다른 회로에 공급된다.
비교기(198)는 히터 저항값(RR1)이 제 1 카트리지 히터(146)의 과잉 온도 상태를 판단하기 위한 기준값보다도 큰 경우에는 로우패스 필터(204)를 거쳐서 과잉 온도 신호를 출력한다. 상기 기준값은 예컨대 처리실(102) 내벽면이 190℃, 또는 단열재(103) 표면이 50℃가 되었을 때의 발열선재(156)의 저항값이다. 또한, 과잉 온도 신호의 일부는 NOR 게이트(208)를 거쳐서 RS 래치(214)에 공급된다. 또한 과잉 온도 신호의 일부는 AND 게이트(210)를 거쳐서 제 1 히터 제어기(166) 이외의 다른 회로에 공급된다.
비교기(200)는 히터 저항값(RR1)이 히터 제어부(174)를 구성하는 회로의 단락 상태를 판단하기 위한 기준값보다도 작은 경우에는 로우패스 필터(206)를 거쳐서 단락 회로 신호를 출력한다. 이 단락 회로 신호의 일부는 NOR 게이트(208)를 거쳐서 RS 래치(214)에 공급된다. 또한 단락 회로 신호의 일부는 제 1 히터 제어기(166) 이외의 다른 회로에 공급된다.
또한, RS 래치(214)에는 상기 각각의 신호외에 이네이블 신호(enable signal)와, NOR 게이트(208)를 거쳐서 리세트 신호가 입력된다. 그리고, RS 래치(214)는 소정 신호가 입력되면, TRIAC 제어기(190)에 인터록 신호를 출력한다. 상기 소정 신호는 개방 회로 신호, 과잉 온도 신호, 단락 회로 신호의 적어도 어느 하나의 신호이다. TRIAC 제어기(190)는 인터록 신호가 입력되면 TRIAC(192)로부터 제 1 카트리지 히터(146)로의 교류 전력의 공급을 정지시킨다. 또한, RS 래치(214)에 리세트 신호를 입력하면, 상기 인터록 신호의 출력은 정지된다. 반대로, RS 래치(214)에 이네이블 신호를 입력하면, 개방 회로 신호나 과잉 온도 신호나 단락 회로 신호의 입력에 관계없이 인터록 신호를 TRIAC 제어기(190)로 출력한다.
이러한 구성에 의해서, 제 1 카트리지 히터(146)가 소정의 상한값 이상의 온도까지 가열하거나, 히터 제어부(174)에 이상이 발생한 경우라도, 해당 이상을 히터 저항값(RR1)으로부터 판단할 수 있다. 이 때문에, CVD 장치(100)에 온도 조절기(thermostat) 등의 인터록 센서를 설치할 필요가 없다. 또한, 해당 센서와 히터 제어 장치(160)를 접속하는 배선 등을 마련할 필요도 없다. 그 결과, 비용의 삭감이나, 유지 보수성의 향상이나, 장치의 소형화를 또한 도모할 수 있다. 또한, 제 1 카트리지 히터(146)의 이상 가열 등을 직접적으로 검출할 수 있다. 그 결과, 이상이 발생했을 때에 신속히 대응할 수 있어, 장치의 손상을 최소한으로 막을 수 있다.
(c) 연산기의 구성
다음에, 도 8을 참조하면서, 연산기(184)의 구성에 대하여 설명한다. 연산기(184)는 저항 소자(216, 218, 220)와, 증폭기(222, 224)와, 트랜지스터(226)와, 포토 커플러(228)로 구성되어 있다. 또한, 포토 커플러(228)는 LED(발광다이오드)(230)와, 예컨대 CdS(황화 카트뮴)로 이루어지는 수광 소자(저항 소자)(232, 234)로 구성되어 있다.
증폭기(222)의 입력단의 한쪽 단부(-)에는 저항값(R1)을 갖는 저항 소자(216)와, 저항값(R2)을 갖는 수광 소자(232)가 접속되어 있다. 또한, 저항 소자(216)에는 도 6에 도시하는 로우패스 필터(182)가 접속되어 있다. 또한, 증폭기(222)의 입력단의 다른쪽 단부(+)는 접지되어 있다. 증폭기(222)의 출력단에는 트랜지스터(226)의 베이스와, 수광 소자(232)가 접속되어 있다. 트랜지스터(226)의 에미터는 저항값(R3)을 갖는 저항 소자(218)를 거쳐서 LED(230)의 애노드(P형 반도체)에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터(226)의 콜렉터는 접지되어 있다. 또한, LED(230)의 캐소드(N형 반도체)에는 접지된 직류 전원(236)이 접속되어 있다.
또한, 로우패스 필터(182)로부터 저항 소자(216)로 귀환 전류값(IR) 신호의 전압(V1IN)이 입력되면, 해당 저항 소자(216)에 전류(I1)가 흐른다. 또한, 상기 전압(V1IN)은 증폭기(222)에서 증폭되고, 해당 증폭기(222)로부터 전압(V1OUT)이 출력된다. 그리고, 전압(V1OUT)은 트랜지스터(226)를 거쳐서 저항 소자(218)에 입력되면, 해당 저항 소자(218)에 전류(I2)가 흐른다.
한쪽, 증폭기(224)의 입력단의 한쪽 단부(-)에는 저항 소자(220)와 수광 소자(234)가 접속되어 있다. 또한, 저항 소자(220)에는 도 6에 도시하는 로우패스 필터(180)가 접속되어 있다. 또한, 증폭기(224)의 입력단의 다른쪽 단부(+)는 접지되어 있다. 증폭기(224)의 출력단에는 수광 소자(234)와, 도 6에 도시하는 증폭 기(186)와 비교기(196, 198, 200)가 접속되어 있다.
다음에, 연산기(184)에서의 귀환 전압값(VR) 및 귀환 전류값(IR)에 근거하는 히터 저항값(RR)의 산출공정에 대하여 하기의 각 수학식을 이용하여 설명한다.
우선, 수광 소자(232)의 저항(R2)을 증폭기(222)로부터 출력된 전압(V1OUT)으로 풀면, 저항 소자(218)를 흐르는 전류(I2)는 다음과 같다.
[수학식 1]
I2=(V1OUT-(-Vcc)-Vbe-VLED)/R3
또한, -Vcc는 직류 전원(236)의 전압이다. 또한, Vbe는 트랜지스터(226)의 베이스와 에미터 사이의 전압이다. 또한, VLED는 LED(230)의 전압이다. 그리고, 상기 식(1)중의 Vcc-Vbe-VLED를 VCONST라고 하면, 수학식 1은 다음과 같다.
[수학식 2]
I2=(V1OUT+VCONST)/R3
또한, 상기 저항(R2)은 전류(I2)에 반비례하기 때문에, LED(230)의 전류 증폭율을 K1이라고 하면 다음과 같다.
[수학식 3]
1/R2=K1·I2
이 수학식 3에 상기 수학식 2를 대입하면 다음과 같다.
[수학식 4]
1/R2=K1·(V1OUT+VCONST)/R3
수학식 4를 변형하면 다음과 같다.
[수학식 5]
V1OUT=(R3/(R2·K1))-VCONST
또한, 귀환 전류값(IR)의 전압(V1IN)은 다음과 같다.
[수학식 6]
V1IN=R1·I1
=R1·(V1OUT/R2)
=(R1/R2)·((R3/(R2·K1))-V CONST)
=((R1·R3)/(R2 2·K1))-(R 1/R2)·VCONST
여기서, R2 2·K1>> R1·R3의 조건에서 고르면, 상기 수학식 6은 다음과 같다.
[수학식 7]
V1IN=-(R1/R2)·VCONST
그런데, 히터 저항값(RR1)의 전압(V2OUT)은 다음과 같다.
[수학식 8]
V2OUT=-(R5/R4)·V2IN
단, 상술한 수광 소자(232, 234)는 각각 전기적 특성이 대략 동일하다. 이 때문에, 수광 소자(232)의 저항(R2)과 수광 소자(234)의 저항(R5)은 실질적으로 동일하다고 볼 수 있다. 따라서, 상기 수학식 8에 수학식 7을 대입하면, V2OUT는 다음과 같다.
[수학식 9]
V2OUT=-(1/R4)·(-(R1/V1IN)·VCONST)·V2IN
=(V2IN/V1IN)·(R1/R4)·VCONST
여기서, 상기 수학식 9에, (R1/R4)·VCONST=일정(CONST), V2IN=k 1·VR 및 V1IN=k2·IR의 3개의 조건을 부여한다. 그 결과, 전압(V2OUT)은 V2OUT=k·(V R/IR)=kRR1이 된다. 단, k1과 k2는 각각 소정의 정수이다. 또한, k와 RR은 각각 k=k1 /k2와, RR1=VR/IR이다. 따라서, 연산기(184)로부터 출력되는 전압(V2OUT )은 히터 저항값(RR1)에 비례한다.
이러한 연산에 의해서, 연산기(184)에 귀환 전압값(VR)과 귀환 전류값(IR)을 입력하면, 히터 저항값(RR1)을 용이하게 구할 수 있다. 또한, 연산기(184)의 구성 소자에는 포토 커플러(228)가 채용되고 있다. 이 때문에, 귀환 전류값이 작아도 히터 저항값을 안정적으로 구할 수 있어, 비교적 저렴한 비용으로 연산기(184)를 구성할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 히터 저항값(RR1)을 연산에 의해서 신속하게 구할 수 있다. 이 때문에, 제 1 카트리지 히터(146)를 응답성 좋게 제어할 수 있다.
이상과 같이 하여, 제 1 카트리지 히터(146)는 제어된다. 또한, 제 2 내지 제 4 카트리지 히터(148, 150, 152)도 제 1 카트리지 히터(146)와 같이 하여 제어되어 소정 온도로 유지된다. 또한, 그 밖의 저항 히터(112), 맨틀 히터(140, 144, 260)도 후술하는 제 3 실시예와 같이, 온도 센서의 검출 온도에 근거하여 기준 저항값을 보정하면, 상기 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)와 같이 제어할 수 있다.
(제 2 실시예)
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 상기 포토 커플러(228)를 이용한 연산기(184)를 대신하여, 연산기(184)보다 더욱 구성이 간단한 연산기(300)를 이용하여 히터 저항값을 산출하는 점에 특징이 있다. 즉, 연산기(300)는 도 9에 도시하는 바와 같이, 아날로그형 집적 회로로 이루어지는 승산기(302)와, 저항 소자(304, 306)와, 증폭기(308)로 구성되어 있다. 승산기(302)의 입력단의 한쪽 단부에는 도 6에 도시하는 로우패스 필터(182)가 접속되어 있다. 또한, 승산기(302)의 입력단의 다른쪽 단부에는 증폭기(308)의 출력단이 접속되어 있다. 또한, 증폭기(308)의 입력단의 한쪽 단부(-)에는 저항 소자(304)를 거쳐서 승산기(302)의 출력단과, 저항 소자(306)를 거쳐서 도 6에 도시하는 로우패스 필터(180)가 접속되어 있다. 또한, 증폭기(308)의 입력단의 다른쪽 단부(+)는 접지되어 있다. 또한, 증폭기(308)의 출력단은 상술한 승산기(302)의 입력단과, 도 6에 도시하는 증폭기(186) 및 비교기(196, 198, 200)에 접속되어 있다. 또한, 로우패스 필터(180)와 로우패스 필터(182)는 상술한 바와 같이 각각 전압(V2IN)과 전압(V1IN)을 출력한다. 또한, 승산기(302)는 전압(VOUT)을 출력한다. 또한, 증폭기(308)는 상술한 V2OUT을 출력한다. 또한, 저항 소자(304)와 저항 소자(306)는 각각 저항(R6)과 저항(R7)을 갖고 있다.
다음에, 연산기(300)에서의 히터 저항값(RR1)의 연산에 대하여, 하기의 각 식을 이용하여 설명한다. 우선, 승산기(302)로부터 출력되는 전압을 VOUT이라고 하면, 해당 전압(VOUT)은 다음과 같다.
[수학식 10]
VOUT=V1IN·V2OUT
또한, 증폭기(308)의 입력단(-)은 이메지너리 쇼트(imaginary short)이다.
[수학식 11]
(VOUT/R6)+(V2IN/R7)=0
그리고, 전압(V2OUT)에 대하여 수학식 11을 수학식 10에 대입하면,
[수학식 12]
V2OUT=-(R6/R7)·(V2IN/V1IN)
여기서, R6=R7라고 하면, 전압(V2OUT)는 V2OUT=-(V2IN/V1IN)가 된다. 이와 같이, 연산기(300)는 제산기(除算器)로서 기능한다. 이 때문에, 상기 전압(V1IN)과 전압(V2IN)에서 전압(V2OUT)을 구할 수 있다. 그 결과, 해당 전압(V3OUT)에 비례하는 히터 저항값(RR1)을 구할 수 있다. 그 밖의 구성은, 상술한 CVD 장치(100)와 대략 동일하므로 설명을 생략한다.
이러한 연산기(300)를 채용하면, 연산기(300)를 구성하는 소자 등의 수를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 오프셋 조정을 간단하게 실행할 수 있다. 또한, 각 소자마다의 특성의 편차를 감소시킬 수 있어, 연산 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 연산기(300)의 회로 구성을 비교적 간단하게 할 수 있다. 그 결과, 연산기(300)를 소형화할 수 있어 좁은 공간에 설치할 수 있다.
(제 3 실시예)
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 각 맨틀 히터(140, 144, 260)를 각 맨틀 히터(140, 144, 260)의 실제 저항값과 온도 센서의 검출 온도에 근거하여 온도 제어하는 점에 특징이 있다. 또한, 각 맨틀 히터(140, 144, 260)의 온도 제어는 각각 실질적으로 동일하게 실행되므로 맨틀 히터(260)를 예로 들어 설명한다.
도 1 및 도 10에 도시하는 맨틀 히터(260)는 이미 설명한 바와 같이, 배기관(145)의 주위를 피복하도록 배치되어 있다. 또한, 배기관(145)은 도 10에 도시하는 바와 같이, 복수, 예컨대 제 1 및 제 2 배기관(145a, 145b)으로 분할되어 있다. 제 1 배기관(145a)에는 트랩(258)과 제 2 배기관(145b)이 제 1 및 제 2 접속 부재(266, 268)를 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 제 2 배기관(145b)은 도 1에 도시하는 처리실(102)에 접속되어 있다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 배기관(145a)을 피복하는 맨틀 히터(2601), 복수, 예컨대 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)로 분할되어 있다. 제 1 맨틀 히터(260a)는 다른 맨틀 히터로 가열되는 제 2 배기관(145b)측에 배치된다. 또한, 제 3 맨틀 히터(260c)는 트랩(258)측에 배치되어 있다. 또한, 제 2 맨틀 히터(260b)는 제 1 맨틀 히터(260a)와 제 3 맨틀 히터(260c) 사이에 배치되어 있다. 또한, 트랩(258)은 냉각되어 있다. 따라서, 제 1 배기관(145a)은 제 2 맨틀 히터(260b)의 배치 개소가 가장 냉각되기 어렵고, 이어서 제 1 맨틀 히터(260a)의 배치 개소가 냉각되기 어렵고, 제 3 맨틀 히터(260c)의 배치 개소가 가장 냉각되기 쉽다. 이 때문에, 온도 센서(264)는 배기관(145)의 온도를 민감하게 검출할 수 있는 제 3 맨틀 히터(260c)의 배치 개소 부근, 예컨대 제 1 접속 부재(266)에 설치되어 있다.
또한, 각 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)와, 온도 센서(264)는 히터 제어 장치(262)에 접속되어 있다. 히터 제어 장치(262)의 도시하지 않은 온도 제어기는 설정 온도로부터 구해진 기준 저항값을 온도 센서(264)의 검출 온도에 근거하는 보정값으로 보정하여 목표 저항값을 산출한다. 그리고, 히터 제어 장치(262)의 도시하지 않은 제 1 내지 제 3 히터 제어기는 각 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)를 각 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 실제 저항값과 상기 목표 저항값에 근거하여 온도 제어한다. 그 밖의 구성은 상술한 히터 제어 장치(160)와 동일하다. 이러한 구성에 의하면, 온도 센서(264)의 검출 온도에 근거하여 기준 저항값을 보정한다. 그 결과, 맨틀 히터(260)의 온도 제어를 보다 엄밀하게 실행할 수 있다. 또한, 본 실시예는 상기 저항 히터(112)에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
(제 4 실시예)
다음에, 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 복수의 히터를 각 히터에 인가하는 전압에 근거하여 온도 제어하는 점에 특징이 있다. 이하, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 온도 제어를 예로 들어 설명한다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 히터 제어 장치(400)는 온도 제어기(402)와, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(404, 406, 408, 410)로 구성되어 있다. 온도 제어기(402)는 설정 온도에서 기준 전압값을 산출한다. 또한, 온도 제어기(402)는 설정 온도와 온도 센서(250)의 검출 온도로부터 구해진 보정값에 근거하여 기준 전 압값을 보정하여 보정 기준 전압값을 구한다. 또한, 온도 제어기(402)는 보정 기준 전압값에 온도 분포 정수(K1, K2, K3, K4)을 곱하여 목표 전압값(VS1, VS2, VS3, VS4)을 산출한다. 그 밖의 구성은 상기 온도 제어기(164)와 동일하게 구성되어 있다.
또한, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(404, 406, 408, 410)는 각각 대략 동일하게 구성되어 있다. 또한, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(404, 406, 408, 410)는 각각 대응하는 목표 전압값(VS1, VS2, VS3, VS4)과, 후술하는 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)의 귀환 전압값(실 전압값)(VR1, VR2, VR3, VR4)에 근거하여, 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)에 인가하는 전압을 제어한다.
여기서, 제 1 내지 제 4 히터 제어기(404, 406, 408, 410)에 대하여, 제 1 히터 제어기(404)를 예로 들어 설명한다. 제 1 히터 제어기(404)는 히터 제어부(412)와 인터록 제어부(175)로 구성되어 있다. 히터 제어부(412)는 전류센서(178), 로우패스 필터(182), 연산기(184)가 설치되어 있지 않은 것 이외에는 도 6에 도시하는 히터 제어부(174)와 동일하게 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해서, 제 1 히터 제어기(404)는 목표 전압값(VS1)과 제 1 카트리지 히터(146)의 귀환 전압값(VR1)에 근거하여, 제 1 카트리지 히터(146)로 공급하는 교류 전력의 위상을 제어한다.
즉, TRIAC 제어기(190)에는 전압 센서(176)로부터 귀환 전압값(VR1)이 증폭기(186)를 거쳐서 입력된다. 귀환 전압값(VR1)은 제 1 카트리지 히터(146)에 인가되어 있는 전압에 근거하는 값이다. 또한, TRIAC 제어기(190)에는 온도 제어기(402)에서 구해진 목표 전압값(VS1)이 증폭기(186)를 거쳐서 입력된다. TRIAC 제어기(190)는 상술한 도 7a, 도 7b 및 도 7c에 도시하는 바와 같이, 귀환 전압값(VR1)이 목표 전압값(VS1)과 동일하게 되도록, TRIAC(192)에서 제 1 카트리지 히터(146)로 출력되는 교류 전력의 위상을 제어한다. 또, 도 12는 본 실시예의 제어시의 제 1 카트리지 히터(146)의 온도 변화와, 제 1 카트리지 히터(146)에 인가하는 전압의 실효 전압값, 제 1 카트리지 히터(146)를 흐르는 전류의 실효 전류값, 제 1 카트리지 히터(146)의 저항값, 제 1 카트리지 히터(146)에 공급하는 전력의 실효 전류값과의 관계를 나타내고 있다. 또한, 상기 교류 전력의 위상 제어는 제 1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.
이러한 구성에 의하면, 귀환 전압값(VR1)을 구할 때에 연산이 불필요하며, 귀환 전압값(VR1)에 의해서 전력을 직접 제어할 수 있다. 이 때문에, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도 제어를 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 연산기가 불필요하기 때문에, 히터 제어부(412)의 구성을 간소화할 수 있다. 또한, 본 실시예는 상술한 저항 히터(112), 맨틀 히터(140, l44, 260)에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 제 1 카트리지 히터(146)에 공급하는 전력을 위상 제어하는 구성을 예로 들어 설명했지만, 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 후술하는 제로 크로스 제어나 리니어 제어에 의해서 전력을 제어하더라도 무방하다.
(제 5 실시예)
다음에, 본 발명의 제 5 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 각 히터에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 점에 특징이 있다. 예컨대, 상술한 제 1 히터 제어기(166)를 예로 들어 설명한다. 본 실시예가 적용되는 제 1 히터 제어기(166)에는 위상 제어기(188)에 대신하여, 도시하지 않은 제로 크로스 제어기가 설치된다. 제로 크로스 제어기는 입력된 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)을 추종하도록, 제 1 카트리지 히터(146)에 인가하는 교류 전력을 제로 크로스 제어한다.
즉, 도 13a에 도시하는 바와 같이, 제로 크로스 제어기는 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)보다 작고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우에는, 예컨대 전력 온의 회수를 전력 오프의 회수보다 많게 한다. 또한, 도 13b에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)과 목표 저항값(RS1)이 대략 동일하고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도와 목표 온도가 실질적으로 동일한 경우에는, 예컨대 전력 온의 회수를 전력 오프의 회수와 동일하게 한다. 또한, 도 13c에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)보다도 크고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 목표 온도보다도 높은 경우에는, 예컨대 전력 온의 회수를 전력 오프의 회수보다도 적게 한다. 그 밖의 구성은 상기 CVD 장치(100)와 동일하다. 이러한 구성에 의하면, 제 1 카트리지 히터(146)에 인가하는 전력을 전위가 0일 때에 온 또는 오프하기 때문에, 전력에 노이즈가 포함되기 어렵다. 그 결과, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도의 안정성을 높일 수 있다.
(제 6 실시예)
다음에, 본 발명의 제 6 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 각 히터에 인가하는 전력을 리니어 제어(선형 증폭기 제어)하는 점에 특징이 있다. 본 실시예도 상술한 제 1 히터 제어기(166)를 예로 들어 설명한다. 본 실시예가 적용되는 제 1 히터 제어기(166)에는 위상 제어기(188)에 대신하여, 도시하지 않은 리니어 제어기가 설치된다. 리니어 제어기는 입력된 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)을 추종하도록, 제 1 카트리지 히터(146)에 인가하는 교류 전력을 연속적으로 제어한다.
즉, 도 14a에 도시하는 바와 같이, 리니어 제어기는 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)보다도 작고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 목표 온도보다도 낮은 경우에는 전력을 연속적으로 증가시킨다. 또한, 도 14b에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)과 목표 저항값(RS1)이 대략 동일하고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도와 목표 온도가 실질적으로 동일한 경우에는 전력을 일정하게 유지한다. 또한, 도 14c에 도시하는 바와 같이, 히터 저항값(RR1)이 목표 저항값(RS1)보다도 크고, 제 1 카트리지 히터(146)의 온도가 목표 온도보다도 높은 경우에는 전력을 연속적으로 증가시킨다. 그 밖의 구성은 상기 CVD 장치(100)와 동일하다. 이러한 구성에 의하면, 제 1 카트리지 히터(146)에 인가하는 전력을 연속적으로 조정하기 때문에, 노이즈가 들어가기 어려워 온도의 제어성을 높일 수 있다.
(제 7 실시예)
다음에, 본 발명의 제 7 실시예에 대하여 설명한다. 상기 제 1 내지 제 6 실시예에서는 처리실(102) 벽부나 배기관(145) 등을 모든 개소에서 실질적으로 동일한 온도로 유지하는 구성을 예로 들어 설명했다. 단지, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않고, 피 가열체를 복수의 소정 부분마다 다른 온도로 유지하는 경우에도 적용 가능하다. 이러한 구성에 대하여, 상기 제 3 실시예에서 설명한 배기관(145)을 가열하는 맨틀 히터(260)의 온도 제어를 예로 들어 설명한다.
도 1에 도시하는 CVD 장치(100)에서는 처리실(102)내에서 배기된 가스를 기체 상태로 배기관(145)을 통과시키고, 트랩(258)내에서 냉각하여 액화가능한 가스를 회수한다. 또한, 상기 배기되는 가스에는 TiCl4와 NH3가 포함되어 있다. TiCl4의 비점은 136.4℃이며, NH3의 비점은 -33.4℃이다. 따라서, 상기 배기되는 가스중에 TiCl4와 NH3만이 포함되어 있다고 가정한 경우, 배기관(145)은 TiCl4의 136.4℃ 이상으로 가열하면 좋다. 또한, 처리실(102) 벽부는 150℃로 유지된다. 그래서, 본 실시예에서는 배기관(145)의 처리실(102)측의 온도를, 예컨대 상기 실시예와 같이 처리실(102) 벽부의 온도가 저하하지 않도록 150℃로 유지한다. 또한, 배기관(145)의 트랩(258)측의 온도는, 예컨대 상기 실시예와는 달리 비점이 높은 TiCl4가 가스 상태로 배기관(145)내를 통과하고, 또한 트랩(258)내에서 신속히 액화되도록 137℃로 유지한다.
이러한 경우에는 우선 히터 제어 장치(262)의 도시하지 않은 온도 제어기에 설정 온도, 예컨대 137℃를 설정한다. 온도 제어기는 설정 온도에서 기준 저항값을 구한다. 또한, 온도 제어기는 필요에 따라서 기준 저항값을 온도 센서(264)의 검출 온도에서 구해진 보정값으로 보정하여 보정 기준 저항값을 구한다. 이상은 상기 실시예와 동일하다.
또한, 온도 제어기는 상기와 같이, 보정 기준 저항값에 도 10에 도시하는 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 각 가열 개소마다의 온도 분포를 결정하는 온도 분포 정수(K1, K2, K3)를 곱하여 목표 저항값(RS1, RS2, RS3)을 산출한다. 단, 본 실시예에서는 제 1 맨틀 히터(260a)에서 가열되는 개소를 150℃로 유지한다. 또한, 제 3 맨틀 히터(260c)에서 가열되는 개소를 137℃로 유지한다. 또한, 제 2 맨틀 히터(260b)에서 가열되는 개소를 137℃ 내지 l50℃, 예컨대 144℃로 유지한다. 이 때문에, 상기 온도 분포 정수(K1, K2, K3)는 온도 제어기로의 하나의 설정 온도의 설정에 의해서, 배기관(145a)의 각 개소에서 상기 온도구배가 발생하는 값으로 정해진다.
즉, 온도 분포 정수(K1, K2, K3)는 아래와같이 구한다. 우선, 상술한 바와 같이, 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 각 가열 개소에 각각 온도 센서를 마련한다. 각 온도 센서에는 온도 센서(264)가 포함되어 있다. 이어서, 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)를 히터 제어 장치(262)의 도시하지 않은 제 1 내지 제 3 히터 제어기로 개별 독립으로 제어한다. 해당 제어에 의해서, 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 각 가열 개소는 상술한 다른 온도로 유지되도록 가열된다. 이 때, 해당 각 온도는 각 온도 센서에 의해서 감시되고 있다. 상기 각 개소의 온도가 각각 안정된 후에, 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 각각의 실제 저항값을 기록한다.
이어서, 기록된 각각의 실제 저항값으로부터 온도 분포 정수(K1, K2, K3)를 구한다. 우선, 예컨대 배기관(145a)을 가장 낮은 온도로 가열하는 제 3 맨틀 히터(260c)의 가열 개소의 온도 분포 정수(K3)를 1로 한다. 해당 가열 개소는 온도 센서(264)로 온도를 검출한 개소이다. 또한, 제 1 맨틀 히터(260a)의 가열 개소의 온도 분포 정수(K1)와 제 2 맨틀 히터(260b)의 가열 개소의 온도 분포 정수(K2)는 온도 분포 정수(K3)를 기준으로 상술한 바와 같이 각 가열 개소가 다른 온도 분포가 되도록 산출한다. 상기 각 개소는 온도 센서(264) 이외의 각 온도 센서에서 온도를 검출한 개소이다. 그 결과, 온도 분포 정수(K1, K2, K3)의 관계는, K1>K2>K3가 된다.
다시 히터 제어 장치(262)의 설명으로 되돌아간다. 온도 제어기는 상술한 보정 기준 저항값에 온도 분포 정수(K1, K2, K3)를 곱하여 목표 저항값(RS1, RS2, RS3)을 구한다. 그리고, 제 1 내지 제 3 히터 제어기는 각 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)를 각 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 실제 저항값과 상기 목표 저항값에 근거하여 온도 제어한다. 그 밖의 구성은 상술한 히터 제어 장치(160)와 동일하다. 상기 목표 저항값(RS1, RS2, RS3)을 이용하여 상기 온도 제어를 하면, 하나의 설정 온도로 상기 각 가열 개소를 다른 온도로 유지할 수 있다. 이 때문에, 온도 제어기에 제 1 내지 제 3 맨틀 히터(260a, 260b, 260c)의 각 가열 개소마다 설정 온도를 설정할 필요가 없다. 또한, 본 실시예는 저항 히터(112), 맨틀 히터(140, 144), 제 1 내지 제 4 카트리지 히터(146, 148, 150, 152)나, 그 밖의 히터의 온도 제어에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시예는 제 4 실시예에서 설명한 전압 제어에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범위에 있어서, 당업자라면 각종의 변경예 및 수정예를 생각해낼 수 있는 것으로, 그들 변경예 및 수정예에 관해서도 본 발명의 기술적범위에 속하는 것으로 양해된다.
예컨대, 상기 실시예에 있어서, 히터의 가열체에 Fe-Ni 합금을 채용하는 구성을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 온도에 따라 저항값이 크게 변화되는 여러가지의 재료를 가열체에 채용하더라도 실시할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 장치의 시동 직후 등에 피 가열부재가 설정 온도에 도달하고 있지 않은 경우라도, 히터 저항값이 목표 저항값을 추종하도록 각 히터로의 전력을 제어하는 구성을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 각 히터로의 전력의 과잉 공급에 의해서, 피 가열부재의 온도를 설정 온도까지 급속히 가열시키는 경우에도 적용할 수 있다. 이러한 경우라도, 각 히터에는 온도 상승에 따라 저항값이 증가하여 전류값이 감소하는 저항체가 채용되고 있기 때문에 손상하는 일이 없다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 열 CVD 장치를 구성하는 부재 및 열 CVD 장치에 접속되는 각부재의 가열에 본 발명을 적용가능한 히터 및 히터 제어 장치를 채용한 구성을 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 플라즈마 CVD 장치나 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 애싱 장치 등의 플라즈마 처리 장치를 포함하는 각종 반도체 제조 장치, 또한 가열이 필요한 각종 장치나 부재에도 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 각 가열 수단의 저항 또는 각 가열 수단에 인가되어 있는 전압에 근거하여 복수의 가열 수단의 온도를 제어 한다. 이 때문에, 각 가열 수단마다 온도 검출 수단이나 과잉 온도 검출 수단 등을 마련할 필요가 없다. 또한, 각 온도 검출 수단에 접속되는 배선도 감소하여, 장치 구성을 간소화할 수 있다. 그 결과, 초기 비용의 억제, 가열 수단이나 온도 제어 장치의 유지 보수의 용이화, 장치의 소형화를 달성할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 가열 수단의 온도를 직접 측정할 수 있다. 또한, 온도 검출 수단의 검출 온도에 근거하여 각 가열 수단 전체의 온도를 조정한다. 이 때문에, 보다 엄밀한 온도 관리를 할 수 있다. 또한, 하나의 부재를 복수의 가열 수단으로 가열하는 경우라도, 각 가열 수단을 일체적으로 온도 제어할 수 있다. 이 때문에, 각 가열 수단끼리의 간섭이 없어져, 균열성(均熱性)을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 열 CVD 장치 및 플라즈마 CVD 장치나 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 애싱 장치 등의 플라즈마 처리 장치를 포함하는 각종 반도체 제조 장치, 또한 가열이 필요한 각종 장치나 부재에 이용하는 것이 가능하다.

Claims (28)

  1. 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 장치에 있어서,
    온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 상기 가열 수단과;
    상기 피 가열체의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출 수단과;
    상기 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 저항값을 상기 온도 검출 수단의 검출 온도에서 구해지는 보정값으로 보정하고, 상기 보정된 기준 저항값에 상기 각 가열 수단마다 미리 구해진 상기 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여, 상기 각 가열 수단의 목표 저항값을 구하는 목표 저항값 연산 수단과;
    상기 각 가열 수단에 인가되어 있는 전압에 근거하는 귀환 전압값과, 상기 각 가열 수단을 흐르고 있는 전류에 근거한 귀환 전류값으로부터 상기 각 가열 수단의 실제 저항값을 구하는 실제 저항값 연산 수단과;
    상기 각 가열 수단의 상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값을 추종하도록, 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 전력 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 위상 제어 수단인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 제어 수단은 상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값보다도 작은 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 증가시키고,
    상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값과 실질적으로 동일한 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 유지함과 동시에,
    상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값보다도 큰 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 제로 크로스 제어 수단인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 리니어 제어 수단인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단에는, 상기 실제 저항값이 상한 저항값보다도 커진 경우 또는 하한 저항값보다도 작아진 경우에, 상기 가열 수단으로의 상기 전력의 공급을 정지하는 전력 공급 정지 수단이 접속되는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 피 가열체는 상기 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  8. 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 장치에 있어서,
    온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 상기 가열 수단과;
    상기 피 가열체의 온도를 검출하는 적어도 하나의 온도 검출 수단과;
    상기 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 전압값을 상기 온도 검출 수단의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하고, 상기 보정된 기준 전압값에 상기 각 가열 수단마다 미리 구해진 상기 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여, 상기 각 가열 수단의 목표 전압값을 구하는 목표 전압값 연산 수단과;
    상기 각 가열 수단에 인가되어 있는 실제 전압값을 검출하는 전압 검출 수단과;
    상기 각 가열 수단의 상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값을 추종하도록, 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 전력 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 위상 제어 수단인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상 제어 수단은 상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값보다도 작은 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 증가시키고,
    상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값과 실질적으로 동일한 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 유지함과 동시에,
    상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값보다도 큰 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 제로 크로스 제어 수단인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 리니어 제어 수단인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 제어 수단에는, 상기 실제 전압값이 상한 전압값보다도 커진 경우 또는 하한 전압값보다도 작아진 경우에, 상기 가열 수단으로의 상기 전력의 공급을 정지하는 전력 공급 정지 수단이 접속되는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 피 가열체는 상기 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 장치.
  15. 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 방법에 있어서,
    상기 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 저항값을 적어도 하나의 온도 검출 수단에서 검출된 상기 피 가열체의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하는 공정과;
    상기 보정된 기준 저항값에 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 상기 가열 수단마다 미리 구해진 상기 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여 상기 각 가열 수단의 목표 저항값을 구하는 공정과;
    상기 각 가열 수단에 인가되어 있는 전압에 근거하는 귀환 전압값과, 상기 각 가열 수단을 흐르고 있는 전류에 근거하는 귀환 전류값으로 상기 각 가열 수단의 실제 저항값을 구하는 공정과;
    상기 각 가열 수단의 상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값을 추종하도록, 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전력을 제어하는 공정은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 공정인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전력을 위상 제어하는 공정은 상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값보다도 작은 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 증가시키는 공정과;
    상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값과 실질적으로 동일한 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 유지하는 공정과;
    상기 실제 저항값이 상기 목표 저항값보다도 큰 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전력을 제어하는 공정은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 공정인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 전력을 제어하는 공정은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 공정인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    또한, 상기 실제 저항값이 상한 저항값보다도 커진 경우 또는 하한 저항값보다도 작아진 경우에 상기 가열 수단으로의 상기 전력의 공급을 정지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 피 가열체는 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  22. 피 가열체를 가열하는 가열 수단의 온도 제어 방법에 있어서,
    상기 피 가열체의 설정 온도로부터 구해지는 기준 전압값을 적어도 하나의 온도 검출 수단에서 검출된 상기 피 가열체의 검출 온도로부터 구해지는 보정값으로 보정하는 공정과;
    상기 보정된 기준 전압값에 온도 상승에 따라 저항값이 증가하는 2 이상의 상기 가열 수단마다 사전에 구해진 상기 피 가열체의 온도 분포를 조정하는 온도 분포 정수를 곱하여, 상기 각 가열 수단의 목표 전압값을 구하는 공정과;
    상기 각 가열 수단에 인가되어 있는 실제 전압값을 검출하는 공정과;
    상기 각 가열 수단의 상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값을 추종하도록 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 전력을 제어하는 공정은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 위상 제어하는 공정인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 전력을 위상 제어하는 공정은 상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값보다도 작은 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 증가시키는 공정과;
    상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값과 실질적으로 동일한 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 유지하는 공정과;
    상기 실제 전압값이 상기 목표 전압값보다도 큰 경우에는 상기 전력의 인가 시간을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 전력을 제어하는 공정은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 제로 크로스 제어하는 공정인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 전력을 제어하는 공정은 상기 각 가열 수단에 인가하는 전력을 리니어 제어하는 공정인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    또한, 상기 실제 전압값이 상한 전압값보다도 커진 경우 또는 하한 전압값보다도 작아진 경우에 상기 가열 수단으로의 상기 전력의 공급을 정지하는 공정을 포 함하는 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 피 가열체는 반도체 제조 장치류를 구성하는 부재인 것을 특징으로 하는
    가열 수단의 온도 제어 방법.
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