KR101365202B1 - 화학기상증착장치의 온도제어방법 - Google Patents

화학기상증착장치의 온도제어방법 Download PDF

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Abstract

서셉터 표면과 웨이퍼 표면의 온도차이까지도 구분할 수 있고, 이러한 온도차이를 반영하여 온도제어할 수 있는 방법이 필요하다. 이러한 목적을 달성하기 위한 화학기상증착장치의 온도제어방법으로서, 챔버와, 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터와, 챔버 내측에 마련되어 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부와, 서셉터 내측에 마련되어 웨이퍼를 가열하는 히터와, 챔버에 마련되어 서셉터의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서, (a) 온도센서의 측정값을 기준으로 서셉터의 온도분포를 산출하고, 온도분포에서 상대적으로 고온인 구간을 서셉터구간으로, 상대적으로 저온인 구간을 웨이퍼구간으로 구분하는 단계 및 (b) 서셉터구간 또는 웨이퍼구간 중에서 선택된 위치의 온도를 기설정된 기준온도와 비교하여 히터를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

화학기상증착장치의 온도제어방법{TEMPERATURE CONTROL METHOD OF CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE}
본 발명은 화학기상증착장치의 온도제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서셉터 상면의 온도분포를 정밀하게 측정함과 동시에 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 온도제어방법에 대한 것이다.
화학기상증착장치는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 증착하기 위하여 사용되고 있다. 챔버 내부에 공정가스를 가스공급부를 통하여 불어 넣어서 서셉터에 놓인 웨이퍼에 원하는 박막을 증착시키게 된다.
박막의 증착에 있어서 적절한 내부온도는 박막의 품질에 큰 영향을 미치므로 매우 중요하다. 특히 유기금속 화학기상장치(MOCVD)의 경우 온도제어가 효과적으로 이루어져야 고효율의 발광소자를 얻을 수 있다.
효과적인 온도제어를 위해서는 우선 서셉터 상면의 온도분포를 정확하게 파악할 수 있어야 한다. 정확한 온도분포가 파악되어야 히터에 공급될 전력량을 파악할 수 있기 때문이다.
서셉터 상면에 적재된 복수개의 웨이퍼 표면온도와 서셉터 표면온도 사이에는 소정의 온도 차이가 있을 수 있다. 종래기술에 의하면 이러한 서셉터와 웨이퍼의 표면온도의 차이를 구분하지 않고 온도제어를 하고 있다.
보다 고효율 고품질의 박막을 생산하기 위해서는 이러한 표면온도의 차이까지도 정확하게 파악하여 정밀하게 온도제어를 할 필요가 있다.
그러나 이러한 온도의 차이를 파악하기 위해서는 매우 복잡하고 고가의 장비를 추가적으로 설치해야 되는 문제가 있다.
고품질의 박막을 생산하기 위해서는 서셉터 상면의 온도분포를 정확하게 파악할 수 있는 방법이 필요하다.
보다 구체적으로는 서셉터 표면과 웨이퍼 표면의 온도차이까지도 구분할 수 있고, 이러한 온도차이를 반영할 수 있는 온도제어방법이 필요하다.
또한, 별도의 복잡하거나 고가의 장비 없이도 서셉터 표면과 웨이퍼 표면의 온도차이를 파악할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법은, 챔버, 상기 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터, 상기 챔버 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부, 상기 서셉터 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터, 상기 챔버 상측에 마련되어 상기 서셉터 상면의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서, (a) 상기 온도센서의 측정값을 기준으로 상기 서셉터의 온도분포를 산출하고, 상기 온도분포에서 상대적으로 고온인 구간을 서셉터구간으로, 상대적으로 저온인 구간을 웨이퍼구간으로 구분하는 단계; 및 (b) 상기 서셉터구간 또는 웨이퍼구간 중에서 선택된 위치의 온도를 기설정된 기준온도와 비교하여 상기 히터를 제어하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 (a)단계에서 상기 온도분포는 시간별 온도분포에 해당하며, 상기 시간별 온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 상대적으로 고온인 구간을 서셉터구간으로, 상대적으로 저온인 구간을 웨이퍼구간으로 구분하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는 (a1) 상기 온도센서의 측정값을 기설정된 필터링함수를 이용하여 상대적으로 고온구간과 저온구간으로 구분하고, (a2) 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 서셉터구간을 상기 고온구간과 매칭시키고, 상기 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 웨이퍼구간을 상기 저온구간과 매칭시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 서셉터구간과 웨이퍼구간 중에서 특정 구간을 선택할 수 있도록 상기 (a)단계는 상기 서셉터구간과 웨이퍼구간 각각에 식별자(ID)를 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는 사용자가 선택한 식별자가 할당된 구간의 온도를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼의 테두리 부분에서 온도가 변화됨에 따라 나타나는 온도변화구간을 상기 서셉터구간 또는 웨이퍼구간에서 제외하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법은, 챔버, 상기 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터, 상기 챔버 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부, 상기 서셉터 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터, 상기 챔버에 마련되어 상기 서셉터의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 서셉터를 회전시키는 모터 및 상기 모터의 회전속도를 측정하는 엔코더를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서, (a) 상기 온도센서와 상기 엔코더의 측정값을 매칭시켜서 상기 서셉터의 제1온도분포를 산출하는 단계; (b) 상기 온도센서의 측정값과 기설정된 웨이퍼배치 각도정보를 이용하여 상기 서셉터의 제2온도분포를 산출하는 단계; (c) 상기 제1온도분포 및 제2온도분포를 비교하여 오차가 존재하는 경우에 상기 엔코더의 측정값을 조정하는 단계; 및 (d) 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3온도분포를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 (a)단계는 상기 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 모터 회전각도와 기설정된 모터 대 서셉터 회전비를 이용하여 서셉터 회전각도를 산출하며, 산출된 서셉터 회전각도와 상기 온도센서의 측정값을 매칭시켜서 제1온도분포를 산출할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는 상기 제1온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 상대적으로 고온인 구간을 제1서셉터구간으로, 상대적으로 저온인 구간을 제1웨이퍼구간으로 구분하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는 상기 제2온도분포에서 기설정된 필터링함수를 이용하여 상대적으로 고온구간을 제2서셉터구간으로, 상대적으로 저온구간을 제2웨이퍼구간으로 구분하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는 (b1) 상기 제2온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 상대적으로 고온구간과 저온구간으로 구분하고, (b2) 상기 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 제2서셉터구간을 상기 고온구간과 매칭시키는 단계와, 상기 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 제2웨이퍼구간을 상기 저온구간과 매칭시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b2)단계는 상기 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 중앙부의 각도와 상기 고온구간 또는 저온구간의 중앙부의 각도 사이의 평균편차가 최소가 되도록 매칭시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (b2)단계는 상기 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 경계의 각도와 상기 고온구간 또는 저온구간의 경계의 각도 사이의 평균편차가 최소가 되도록 매칭시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼의 테두리 부분에서 온도가 변화됨에 따라 나타나는 온도변화구간을 상기 제1서셉터구간, 제1웨이퍼구간, 제2서셉터구간 및 제2웨이퍼구간에서 제외하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는 상기 제1서셉터구간과 제2서셉터구간, 또는 상기 제1웨이퍼구간과 제2웨이퍼구간을 상호비교하여 오차가 기설정값보다 큰 경우에 상기 엔코더의 측정값을 조정하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는 상기 제1서셉터구간, 제1웨이퍼구간, 제2서셉터구간, 제2웨이퍼구간 각각의 중앙부의 각도를 상호비교하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (c)단계 이전에 상기 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 위치가 기설정 오차범위내에서 대략 일정하게 파악되었는지 판단하는 단계를 포함하고, 대략 일정하게 파악되는 경우에 상기 (c)단계로 진행될 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는 상기 오차가 존재하는 경우에, 기설정 시간마다 또는 상기 오차가 기설정 한도에 도달하는 순간마다 상기 엔코더 측정값의 초기값에서 상기 오차에 상응하는 수치를 가감하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (d)단계의 제3온도분포는 상기 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3서셉터구간 또는 제3웨이퍼구간을 포함하며, 상기 (d)단계는 상기 제3서셉터구간 또는 제3웨이퍼구간 중에서 선택된 위치의 평균온도 또는 실시간온도와 기설정된 기준온도를 비교하여 상기 히터를 제어하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (d)단계는 상기 제3온도분포에서의 제3서셉터구간과 제3웨이퍼구간 중에서 특정 구간을 선택할 수 있도록 상기 제3서셉터구간과 제3웨이퍼구간 각각에 식별자(ID)를 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d)단계는 사용자가 선택한 식별자가 할당된 구간의 온도를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법은, 챔버, 상기 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터, 상기 챔버 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부, 상기 서셉터 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터, 상기 챔버에 마련되어 상기 서셉터의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 서셉터를 회전시키는 모터, 상기 모터의 회전속도를 측정하는 엔코더, 상기 서셉터와 일체로 회전하는 위치에 마련된 회전인지표식 및 상기 서셉터의 회전상태를 판단할 수 있도록 상기 챔버에 마련되어 상기 회전인지표식을 탐지하는 회전인지센서를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서, (a) 상기 온도센서와 상기 엔코더의 측정값을 매칭시켜서 상기 서셉터의 제1온도분포를 산출하는 단계; (b) 상기 회전인지센서와 상기 온도센서를 이용하여 상기 서셉터의 제2온도분포를 산출하는 단계; (c) 상기 제1온도분포 및 제2온도분포를 비교하여 오차가 존재하는 경우에 상기 엔코더의 측정값을 조정하는 단계; 및 (d) 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3온도분포를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 (b)단계는 (b1) 상기 회전인지센서를 이용하여 상기 서셉터의 회전각도 또는 회전시간을 산출하는 단계; 및 (b2) 산출된 상기 회전각도 또는 회전시간과 상기 온도센서의 측정값을 매칭시켜서 제2온도분포를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
별도의 복잡한 장치 없이도 온도센서의 측정값을 이용하여 온도분포를 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 서셉터를 회전시키는 모터에 일반적으로 내장되는 엔코더의 측정값을 이용하여 온도센서의 측정값의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 할당된 식별자를 통하여 선택된 서셉터구간 또는 웨이퍼구간이 실제 몇 도인지를 파악할 수 있어서 온도분포를 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 회전인지표식과 회전인지센서 부분에 대한 확대도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법의 제1실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 시간에 따른 온도센서의 측정값의 예를 나타낸 그래프이다.
도 7는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법의 제1실시예를 보다 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 8은 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에 따라 고온구간과 저온구간을 서셉터구간 또는 웨이퍼구간으로 매칭하는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법에 대한 제2실시예을 나타낸 순서도이다.
도 10은 도 9에서의 제1온도분포를 산출하는 방법의 하나의 예를 상세하게 도시한 순서도이다.
도 11은 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법의 제2실시예에서 제3온도분포를 산출하는 과정을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 12는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법에 대한 제2실시예에 있어서 엔코더 신호를 조정하는 단계를 보여주는 엔코더 신호 그래프이다.
도 13은 도 2 또는 도 3의 화학기상증착장치의 온도제어방법에 대한 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학기상증착장치는 챔버(10), 서셉터(40), 가스공급부(30), 히터(50a)(50b), 온도센서(20a)(20b), 모터(82), 히터제어부(71), 온도센서 제어부(73), 메인 제어부(74) 및 엔코더 제어부(75)를 포함한다.
본 실시예가 유기금속 화학기상증착장치(MOCVD)로 사용될 경우, 3족가스와 5족가스가 가스공급부(30)로부터 서셉터(40) 상면의 웨이퍼포켓(41)에 적재되는 웨이퍼를 향하여 분사될 수 있다.
온도센서(20a)(20b)는 서셉터(40) 상면의 온도를 감지하도록 챔버(10) 상측에 마련될 수 있다. 또는 서셉터에 적재되는 웨이퍼의 온도를 적절하게 측정할 수 있다면 서셉터의 측면이나 하면에 위치에 온도센서가 위치하여도 무방하다.
비접촉식으로 온도를 측정할 수 있도록 물체의 반사광을 이용하는 pyrometer가 온도센서(20a)(20b)로 사용될 수 있다. 예를 들어, 700㎐의 빈도로 표면온도를 측정하는 pyrometer를 사용할 수도 있다.
온도센서(20a)(20b)와 서셉터(40) 사이에 가스공급부(30)가 위치하고 있으므로 서셉터(40) 상면의 반사광을 확보할 수 있도록 가스공급부 내측에 관통구(31)가 마련될 수 있다.
온도센서(20a)(20b)는 서셉터(40)의 회전축(42)을 기준으로 반지름방향으로 복수개가 배열될 수 있다. 이에 따라 서셉터(40)의 회전축(42)으로부터의 거리에 따른 온도분포를 파악할 수 있다.
상면에 박막이 형성되어야 하는 웨이퍼가 웨이퍼포켓(41)에 적재된다. 웨이퍼포켓(41)은 서셉터(40) 상면에 복수개가 마련될 수 있다.
서셉터(40) 내측에는 서셉터(40)를 가열하는 도넛모양의 복수개 히터(50a)(50b)가 마련될 수 있다. 히터제어부(71)는 복수개의 히터(50a)(50b)를 개별적으로 제어할 수 있다. 즉, 복수개의 히터(50a)(50b)의 온도를 일률적으로 제어할 수도 있고, 비례적으로 제어할 수도 있으며, 따로따로 온도의 승강을 제어할 수도 있다.
서셉터(40)는 회전축(42)을 중심으로 고속회전 가능하나, 히터(50a)(50b)는 정지된 상태로 유지될 수 있다.
서셉터(40)를 회전시키도록 모터(82)가 마련되며, 모터의 회전력은 벨트(81)를 통하여 서셉터(40)의 회전축(42)으로 전달된다. 모터(82)에는 회전속도를 측정할 수 있도록 엔코더(미도시)가 마련된다.
벨트(81)를 통하여 회전력이 간접적으로 전달되는 경우에 미세하게 회전비가 설계치와 비교하여 차이가 발생할 수 있다. 이러한 차이로 인하여 엔코더 신호를 이용하여 판단한 서셉터의 회전각도와 실제 서셉터의 회전각도에 차이가 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다. 도 1과 비교하여 유사한 구성요소에 대하여는 동일한 도면번호를 기재하였으며, 설명의 편의상 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
서셉터(40)의 하면에 회전인지표식(61a)이 위치할 수 있으며, 챔버(10) 외측에는 회전인지표식(61a)을 감지하는 회전인지센서(62a)가 마련될 수 있다. 회전인지표식(61a)은 상기 위치에 한정되지 않고 서셉터(40)과 일체로 회전하는 다른 부분에 위치할 수도 있다. 회전인지표식(61a)은 요부(凹部) 또는 철부(凸部)로 구성될 수 있으며, 반사부로 구성될 수도 있다. 또한, 특정한 형태에 한정되지 않으며 회전인지센서(62a)의 센싱 방식에 따라 회전인지센서(62a)가 인식할 수 있는 다양한 형태나 재질 등으로 마련될 수 있다.
회전인지표식을 감지하는 방식에는 여러 가지가 있을 수 있으며, 하나의 예로서, 회전인지센서(62a)로부터 조사된 광이 투명창(63)을 통과하여 회전인지표식(61a)에 도달하고, 회전인지표식(61a)으로부터 반사된 광이 다시 투명창(63)을 통과하여 회전인지센서(62a)에 도달하는 것을 감지하여 회전인지표식(61a)의 통과여부를 파악하는 방식으로 실시될 수 있다. 즉, 서셉터(40) 하면의 표면형상의 변화를 감지하는 방식이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 회전인지표식과 회전인지센서 부분에 대한 확대도면이다. 편의상 제2실시예와 유사한 구성요소는 동일한 도면번호를 사용한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서셉터(40)의 회전축(42)에 인접하여 회전인지센서(62b)가 위치할 수 있다. 회전인지센서(62b)의 일측에서는 광선(L)이 조사되고 타측에서는 조사된 광선(L)을 감지한다. 서셉터(40)의 회전축(42)에 회전인지표식(61b)이 위치할 수 있으며, 회전인지표식(61b)이 회전인지센서(62b)를 통과하면서 광선(L)을 가리게 되는 순간을 회전인지센서(62b)가 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법의 제1실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 시간에 따른 온도센서의 측정값의 예를 나타낸 그래프이다.
도 5에서 보듯이, 먼저 온도센서의 측정값을 이용하여 서셉터 상면의 온도분포를 산출하는 단계(S101)가 실시될 수 있다. 이에 대한 예가 도 6에 도시되어 있다.
도 6에서 보듯이, 일반적으로 웨이퍼구간(W1, W2, W3, W4)의 온도는 서셉터구간(S1, S2, S3)의 온도보다 낮다. 웨이퍼의 테두리 부분에서는 온도가 일정하지 않고 변화하는 온도변화구간(c)이 나타날 수 있다.
도 5에서 보듯이, 다음으로 온도분포를 고온구간과 저온구간으로 구분하는 단계(S103)가 실시될 수 있다. 기 설정된 온도 범위를 초과하는 온도를 유지하는 구간을 고온 구간으로 하고 기 설정된 온도 범위 이하의 온도를 유지하는 구간을 저온 구간으로 할 수 있으며, 일 예로 도 6에서는 710도 이상의 상대적으로 고온인 구간을 T1으로, 710도 이하의 상대적으로 저온인 구간을 T2로 표시하였다.
도 5에서 보듯이, 다음으로 온도변화구간을 고온구간과 저온구간에서 제외하는 단계(S105)가 실시될 수 있다. 다음으로 고온구간을 서셉터구간으로, 저온구간을 웨이퍼구간으로 할당하는 단계(S107)가 실시될 수 있다. 도 6에서 보듯이, 온도변화구간(c)을 제외한 W1, W2, W3, W4 구간이 웨이퍼구간으로 구분되고, S1, S2, S3 구간이 서셉터구간으로 구분될 수 있다.
도 5에서 보듯이, 다음으로 온도조절의 대상위치를 선택하는 단계(S109)가 실시될 수 있다. 그리고, 대상위치와 기준온도를 비교하고(S111), 이를 토대로 히터를 제어할 수 있다(S113). 도 6에서 보듯이, 예를 들어서 W1, W2, W3, W4, S1, S2, S3 중에서 온도조절의 대상위치를 선택할 수 있고, 이를 기준으로 기설정된 기준온도와 비교하여 히터를 제어할 수 있다.
도 7는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법의 제1실시예를 보다 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 8은 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에 따라 고온구간과 저온구간을 서셉터구간 또는 웨이퍼구간으로 매칭하는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 7에서 보듯이, 먼저 서셉터 상면의 온도분포를 산출하는 단계(S201)가 실시될 수 있고(도 6 참조), 다음으로 필터링 함수에 의하여 고온구간과 저온구간으로 구분하는 단계(S203)가 실시될 수 있다. 기 설정된 온도 범위를 초과하는 온도를 유지하는 구간을 고온 구간으로 하고 기 설정된 온도 범위 이하의 온도를 유지하는 구간을 저온 구간으로 할 수 있으며, 일 예로 필터링 함수는 온도분포의 전체구간의 평균온도보다 높은 구간을 고온구간으로, 평균온도보다 낮은 구간을 저온구간으로 구분하도록 설계될 수도 있다. 또는 기설정된 오차범위 내에서 특정 온도가 반복적으로 측정되는 경우에 그 특정 온도중의 고온부분을 고온구간으로, 저온부분을 저온구간으로 구분하도록 설계될 수도 있다.
다음으로, 온도변화구간을 고온구간과 저온구간에서 제외하고(S205), 기설정된 웨이퍼배치각도를 반영하여 각도에 따라 서셉터구간과 고온구간을 매칭하고, 웨이퍼구간을 저온구간과 매칭시키는 단계(S207)가 실시될 수 있다. S207 단계가 먼저 실시되고 S205 단계가 나중에 실시될 수도 있다.
S205 단계는 기설정된 단위시간동안의 평균온도변화량이 기설정온도변화량보다 큰 구간을 고온구간과 저온구간에서 제외하는 방법으로 실시될 수도 있다.
도 8에서 보듯이, 기설정된 웨이퍼배치각도에 서셉터구간과 웨이퍼구간을 매칭하는 과정이 도시되어 있다. 매칭하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있을 수 있으며 도 8에서는 하나의 예를 나타내고 있다.
우선, 온도센서의 측정값으로부터 고온구간과 저온구간이 구분된 데이터를 마련한다. 다음으로 기설정된 웨이퍼배치각도를 서셉터의 회전축을 중심으로 시계방향 또는 시계반대방향으로 소정 각도로 회전시켜서(소프트웨어적으로 각도기준점을 이동시킴) 웨이퍼구간과 서셉터구간의 배치각도를 고온구간과 저온구간의 배치각도에 근접시킨다.
근접시키는 구체적인 방법 중의 하나는 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 경계의 각도와 고온구간 또는 저온구간의 경계의 각도 사이의 평균편차가 최소가 되도록 하는 방법이다.
또는, 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 중앙부의 각도와 고온구간 또는 저온구간의 중앙부의 각도 사이의 평균편차가 최소가 되도록 할 수도 있다.
도 7에서 보듯이, 다음으로 서셉터구간과 웨이퍼구간 각각에 식별자를 할당하고(S209), 사용자가 특정 식별자(ID)를 선택하며(S211), 선택한 식별자가 할당된 구간의 온도와 기준온도를 비교하는 단계(S213)가 실시될 수 있다. 이에 따라 할당된 식별자를 통하여 실제의 서셉터구간(또는 웨이퍼구간)이 실제 몇 도인지를 파악할 수 있게 된다.
이에 따라 비교결과 기준온도에 미치지 못하는 경우에는 히터로 전력을 더 많이 전달하거나, 기준온도를 초과하는 경우에는 히터로 전달되는 전력량을 감소시키도록 제어할 수 있다(S215).
도 9는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법에 대한 제2실시예을 나타낸 순서도이다.
제2실시예는 제1실시예에서 엔코더의 측정값을 이용하는 단계가 더 추가되는 경우이다.
도 9에서 보듯이, 먼저 온도센서와 엔코더의 측정값을 상호 매칭시키고(S301), 이에 따라 제1온도분포를 산출하게 된다(S303).
한편, 온도센서의 측정값과 기설정 웨이퍼배치 각도정보(S305)로부터 제2온도분포를 산출하게 된다(S307).
산출된 제1온도분포와 제2온도분포를 상호 비교하여 오차가 존재하는지 여부를 파악하는 단계(S309)가 실시될 수 있다.
오차가 존재하는 경우에 오차가 제거되도록 엔코더의 측정값을 조정하는 단계(S311)가 실시될 수 있다.
이에 따라 온도센서의 측정값과 조정된 엔코더의 측정값을 상호 매칭시킨 제3온도분포가 산출되고(S313), 이를 기초로 히터를 제어하게 된다(S315).
도 10은 도 9에서의 제1온도분포를 산출하는 방법의 하나의 예를 상세하게 도시한 순서도이다.
도 10에서 보듯이, 엔코더의 측정값(모터의 회전속도)(S301a)으로부터 단위시간당 모터 회전각도를 산출하고(S301b), 산출된 모터 회전각도로부터 기설정된 모터 대 서셉터의 회전비를 이용하여 서셉터 회전각도를 산출하며(S301c), 산출된 서셉터 회전각도를 온도센서의 측정값(S301d)과 매칭시켜서 제1각도별 온도분포를 산출할 수 있다(S303a).
도 11은 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법의 제2실시예에서 제3온도분포를 산출하는 과정을 보다 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 11에서 보듯이, 제1온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 산출하고(S401), 산출된 제1온도분포에서 고온구간을 제1서셉터구간으로, 저온구간을 제1웨이퍼구간으로 구분하며(S403), 온도변화구간을 제1서셉터구간과 제1웨이퍼구간에서 제외하는 단계(S405)가 실시된다. 온도변화구간을 제외하는 방식은 제1실시예와 유사하다.
한편, 제2온도분포가 산출되고(S407), 산출된 제2온도분포에서 고온구간을 제2서셉터구간으로, 저온구간을 제2웨이퍼구간으로 구분하며(S409), 온도변화구간을 제2서셉터구간과 제2웨이퍼구간에서 제외하고 된다(S411).
다음으로 기설정된 웨이퍼배치각도를 토대로 각도에 따라 제2서셉터구간을 고온구간과 매칭시키고, 제2웨이퍼구간을 저온구간과 매칭시킬 수 있다. 매칭시키는 구체적 방법은 앞서 설명한 S207단계와 유사하다.
다음으로, 구분된 상기 제2서셉터구간과 제2웨이퍼구간 각각에 식별자(ID)를 할당하는 단계가 더 실시될 수도 있다.
다음으로, 제1서셉터구간의 중앙부와 제2서셉터구간의 중앙부를 비교하거나, 제1웨이퍼구간의 중앙부와 제2웨이퍼구간의 중앙부를 비교하여(S413), 시간(또는 각도)오차가 존재하는지 파악하는 단계가 실시될 수 있다(S415).
다음으로, 시간(또는 각도)오차가 존재하는 경우에 엔코더 측정값을 조정하고(S417), 이어서 제3온도분포를 산출하는 단계(S419)가 실시될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 온도제어방법에 대한 제2실시예에 있어서 엔코더 신호를 조정하는 단계를 보여주는 엔코더 신호 그래프이다.
엔코더 신호를 조정하는 단계가 실시되기 이전에 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 위치가 기설정 오차범위내에서 대략 일정하게 파악되었는지 판단하는 단계가 실시될 수 있고, 대략 일정하게 파악되는 경우에 엔코더 신호를 조정하는 단계로 진행될 수 있다.
엔코더의 측정값을 이용하여 서셉터의 회전속도가 일정한지를 파악할 수 있다.
도 12에서 보듯이, 엔코더에 의해 측정된 1주기(T1)가 ΔT1만큼 길어진 경우에 2주기(T2)는 (T1-ΔT1)지점에서 시작되도록 2주기의 초기치를 조정하게 된다. 마찬가지로, 엔코더에 의해 측정된 2주기(T2)가 ΔT2만큼 길어진 경우에 3주기는 (T1-ΔT1+T2-ΔT2)지점에서 시작되도록 3주기의 초기치를 조정하게 된다.
도 11에서의 S417 단계는 제1온도분포 및 제2온도분포를 비교하여 오차가 존재하는 경우에, 기설정 시간마다 또는 상기 오차가 기설정 한도에 도달하는 순간마다 상기 엔코더 측정값의 초기값에서 상기 오차만큼을 가감하는 단계로서 실시될 수도 있다.
도 11에서 보듯이, S419 단계의 제3온도분포는 상기 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3서셉터구간 또는 제3웨이퍼구간을 포함하며, 도 9에서의 S315 단계는 상기 제3서셉터구간 또는 제3웨이퍼구간 중에서 선택된 위치의 평균온도 또는 실시간온도와 기설정된 기준온도를 비교하여 상기 히터를 제어하는 방식으로 실시될 수 있다.
또한, 도 9에서의 S315 단계는 사용자가 선택한 식별자가 할당된 구간의 온도를 기준으로 히터를 제어하는 방식으로 실시될 수도 있다.
도 13은 도 2 또는 도 3의 화학기상증착장치의 온도제어방법에 대한 순서도이다. 설명의 편의를 위하여 유사한 단계에 대해서는 동일한 도면번호를 표기하였다.
도 13에서 보듯이, 회전인지표식과 회전인지센서를 이용하여(S305a) 제2온도분포를 산출할 수 있다(S307).
회전인지표식과 회전인지센서를 이용하면 실제의 서셉터 회전상태를 보다 신뢰성있게 파악할 수 있다. 따라서, 엔코더를 이용하여 파악한 서셉터의 회전상태와 실제의 서셉터 회전상태 간의 오차 또한 보다 정확하게 파악할 수 있다. 이에 따라 엔코더의 값의 수정 또한 정확하게 실행가능하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (23)

  1. 챔버, 상기 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터, 상기 챔버 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부, 상기 서셉터 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터, 상기 챔버 상측에 마련되어 상기 서셉터 상면의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서,
    (a) 상기 온도센서의 측정값을 기준으로 상기 서셉터의 온도분포를 산출하고, 상기 온도분포에서 서셉터 구간 및 상기 서셉터 구간보다 저온인 웨이퍼구간을 구분하는 단계; 및
    (b) 상기 서셉터구간 또는 웨이퍼구간 중에서 선택된 위치의 온도를 기설정된 기준온도와 비교하여 상기 히터를 제어하는 단계;를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 상기 온도분포는 시간별 온도분포에 해당하며, 상기 시간별 온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 상기 서셉터구간 및 상기 서셉터 구간보다 저온인 상기 웨이퍼구간으로 구분하는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계는
    (a1) 상기 온도센서의 측정값을 기설정된 필터링함수를 이용하여 기 설정된 범위를 초과하는 온도를 유지하는 고온구간과 기 설정된 범위 이하의 온도를 유지하는 저온구간으로 구분하고,
    (a2) 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 서셉터구간을 상기 고온구간과 매칭시키고, 상기 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 웨이퍼구간을 상기 저온구간과 매칭시키는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 서셉터구간과 웨이퍼구간 중에서 특정 구간을 선택할 수 있도록 상기 (a)단계는 상기 서셉터구간과 웨이퍼구간 각각에 식별자(ID)를 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b)단계는 사용자가 선택한 식별자가 할당된 구간의 온도를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 테두리 부분에서 온도가 변화됨에 따라 나타나는 온도변화구간을 상기 서셉터구간 또는 웨이퍼구간에서 제외하는 단계를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  7. 챔버, 상기 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터, 상기 챔버 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부, 상기 서셉터 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터, 상기 챔버에 마련되어 상기 서셉터의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 서셉터를 회전시키는 모터 및 상기 모터의 회전속도를 측정하는 엔코더를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서,
    (a) 상기 온도센서와 상기 엔코더의 측정값을 매칭시켜서 상기 서셉터의 제1온도분포를 산출하는 단계;
    (b) 상기 온도센서의 측정값과 기설정된 웨이퍼배치 각도정보를 이용하여 상기 서셉터의 제2온도분포를 산출하는 단계;
    (c) 상기 제1온도분포 및 제2온도분포를 비교하여 오차가 존재하는 경우에 상기 엔코더의 측정값을 조정하는 단계; 및
    (d) 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3온도분포를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계;를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a)단계는 상기 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 모터 회전각도와 기설정된 모터 대 서셉터 회전비를 이용하여 서셉터 회전각도를 산출하며, 산출된 서셉터 회전각도와 상기 온도센서의 측정값을 매칭시켜서 제1온도분포를 산출하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (a)단계는 상기 제1온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 제1 서셉터 구간 및 상기 제1 서셉터 구간보다 저온인 제1 웨이퍼구간으로 구분하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (b)단계는 상기 제2온도분포에서 기설정된 필터링함수를 이용하여 제2 서셉터 구간 및 상기 제2 서셉터 구간보다 저온인 제2 웨이퍼구간 구분하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b1) 상기 제2온도분포를 기설정된 필터링함수를 이용하여 기 설정된 범위를 초과하는 온도를 유지하는 고온구간과 기 설정된 범위 이하의 온도를 유지하는 저온구간으로 구분하고,
    (b2) 상기 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 제2서셉터구간을 상기 고온구간과 매칭시키는 단계와, 상기 기설정된 웨이퍼배치 각도정보에서의 제2웨이퍼구간을 상기 저온구간과 매칭시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (b2)단계는 상기 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 중앙부의 각도와 상기 고온구간 또는 저온구간의 중앙부의 각도 사이의 평균편차가 최소가 되도록 매칭시키는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 (b2)단계는 상기 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 경계의 각도와 상기 고온구간 또는 저온구간의 경계의 각도 사이의 평균편차가 최소가 되도록 매칭시키는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 테두리 부분에서 온도가 변화됨에 따라 나타나는 온도변화구간을 상기 제1서셉터구간, 제1웨이퍼구간, 제2서셉터구간 및 제2웨이퍼구간에서 제외하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 제1서셉터구간과 제2서셉터구간, 또는 상기 제1웨이퍼구간과 제2웨이퍼구간을 상호비교하여 오차가 기설정값보다 큰 경우에 상기 엔코더의 측정값을 조정하는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 제1서셉터구간, 제1웨이퍼구간, 제2서셉터구간, 제2웨이퍼구간 각각의 중앙부의 각도를 상호비교하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 (c)단계 이전에 상기 제2서셉터구간 또는 제2웨이퍼구간의 위치가 기설정 오차범위내에서 일정하게 파악되었는지 판단하는 단계를 포함하고, 일정하게 파악되는 경우에 상기 (c)단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 오차가 존재하는 경우에, 기설정 시간마다 또는 상기 오차가 기설정 한도에 도달하는 순간마다 상기 엔코더 측정값의 초기값에서 상기 오차에 상응하는 수치를 가감하는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 (d)단계의 제3온도분포는 상기 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3서셉터구간 또는 제3웨이퍼구간을 포함하며, 상기 (d)단계는 상기 제3서셉터구간 또는 제3웨이퍼구간 중에서 선택된 위치의 평균온도 또는 실시간온도와 기설정된 기준온도를 비교하여 상기 히터를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 (d)단계는 상기 제3온도분포에서의 제3서셉터구간과 제3웨이퍼구간 중에서 특정 구간을 선택할 수 있도록 상기 제3서셉터구간과 제3웨이퍼구간 각각에 식별자(ID)를 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 (d)단계는 사용자가 선택한 식별자가 할당된 구간의 온도를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  22. 챔버, 상기 챔버 내측에 회전가능하도록 위치하며 상면에 웨이퍼가 적재되는 서셉터, 상기 챔버 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 향하여 가스를 분사하는 가스공급부, 상기 서셉터 내측에 마련되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터, 상기 챔버에 마련되어 상기 서셉터의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 서셉터를 회전시키는 모터, 상기 모터의 회전속도를 측정하는 엔코더, 상기 서셉터와 일체로 회전하는 위치에 마련된 회전인지표식 및 상기 서셉터의 회전상태를 판단할 수 있도록 상기 챔버에 마련되어 상기 회전인지표식을 탐지하는 회전인지센서를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법에 있어서,
    (a) 상기 온도센서와 상기 엔코더의 측정값을 매칭시켜서 상기 서셉터의 제1온도분포를 산출하는 단계;
    (b) 상기 회전인지센서와 상기 온도센서를 이용하여 상기 서셉터의 제2온도분포를 산출하는 단계;
    (c) 상기 제1온도분포 및 제2온도분포를 비교하여 오차가 존재하는 경우에 상기 엔코더의 측정값을 조정하는 단계; 및
    (d) 조정된 엔코더의 측정값을 이용하여 산출된 제3온도분포를 기준으로 상기 히터를 제어하는 단계;를 포함하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b1) 상기 회전인지센서를 이용하여 상기 서셉터의 회전각도 또는 회전시간을 산출하는 단계; 및
    (b2) 산출된 상기 회전각도 또는 회전시간과 상기 온도센서의 측정값을 매칭시켜서 제2온도분포를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 온도제어방법.
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