KR101648082B1

KR101648082B1 - 화학 증착 챔버 내부의 베이스 가열 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101648082B1
Application number: KR1020147027767A
Authority: KR
Inventors: 바오시아 티안; 스티븐 티안시아오 리; 잉빈 리우; 쿠안용 구오
Original assignee: 어드밴스드 마이크로 패브리케이션 이큅먼트 인코퍼레이티드, 상하이
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2016-08-12
Also published as: WO2013139288A1; US20150024330A1; KR20140136482A; CN102534567A; CN102534567B; US10281215B2; US9851151B2; US20180112919A1; TW201343958A; TWI465601B

Abstract

화학 증착 챔버 내부의 베이스의 가열을 제어하기 위한 장치와 방법이 제공된다. 장치는 MOCVD 반응 챔버에 적용될 수 있다. 장치는 챔버에 위치된 히터; 챔버의 내부의 히터로부터 이격되어 히터 근처에 위치되고 기재를 지지하도록 구성된 트레이; 기재를 지지하는 트레이의 표면에 연결되고, 트레이의 표면의 온도를 측정하고 트레이의 표면의 온도와 설정 온도에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된 제1 온도 제어 유니트; 및 제1 온도 제어 유니트에 연결되고, 트레이와 히터 사이의 영역의 중간 온도를 측정하고 중간 온도와 제1 제어 신호에 근거하여 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된 제2 온도 제어 유니트를 구비하고; 히터는 제2 온도 제어 유니트에 연결되어 제2 제어 신호에 근거하여 가열하도록 구성된다. 방법은 화학 증기 증착 챔버 내부의 베이스의 가열을 제어하는 방법으로서, 안정된 베이스 온도가 장치를 통해 얻어진다.

Description

화학 증착 챔버 내부의 베이스 가열 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING HEATING OF BASE WITHIN CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION CHAMBER}

본 출원은 인용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 합체되는, 2012. 3. 21.자로 중국 특허청에 출원된 "화학 증착 챔버 내부의 베이스의 가열 제어 장치 및 방법"의 중국 특허 출원 번호 201210077039.4의 우선권을 주장한다.

본 출원은 반도체 장비 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

유기금속화학증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD)은 에피택시얼 성장을 기본으로 발전된 새로운 증기 에피택시얼 성장 기술이다. MOCVD는 성장 제어가 용이하고, 고순도 물질의 성장이 가능하고, 양호한 균일도를 가진 에피택시얼층의 큰 영역을 확보할 수 있는 장점들을 가진다.

MOCVD 반응기는 고발광 LED 칩의 제조를 위한 주요 공정 장치이다. 도 1에는 종래기술에 따른 MOCVD 반응기의 개략적 구조의 예가 도시된다. MOCVD 반응기는 챔버(10), 챔버(10)의 바닥에 위치된 히터(11), 및 히터(11)의 상부에 위치된 트레이(13)를 구비한다. 트레이(13)는 지지 구조(12)에 의해 회전 메카니즘과 연결된다. 트레이(13)는 기재(14)를 지지하도록 구성된다. MOCVD 반응기는 챔버(10)의 꼭대기에 위치된 피더(15)를 더 구비한다.

MOCVD 반응기의 작업 공정에서, 피더(15)는 유기 금속을 포함하는 원료 물질 가스를 챔버(10)로 입력시키고, 히터(11)는 작업 중 원료 물질이 분리되도록 가열시켜, 기재(14)의 표면에 필름을 형성하도록 구성된다.

MOCVD 반응기의 작동 온도는 일반적으로 500 내지 1200℃의 범위이다. 선행기술의 MOCVD 반응기에는 히터(11)의 전류를 제어하기 위한 온도 제어 시스템이 마련되어, MOCVD의 작동 온도를 달성한다.

도 2는 선행기술에 따른 MOCVD 반응기의 온도 제어 시스템을 개략적으로 도시한다. MOCVD 반응기의 온도 제어 시스템은 온도 제어기(16)를 포함한다. 온도 제어기(16)는 2개의 입력 터미널들과 하나의 출력 터미널을 구비한다. 제1 입력 터미널은 설정 온도값을 입력하도록 구성된다. 제2 입력 터미널은 챔버(10) 내부의 트레이(13)의 상면에 연결되고 트레이(13)의 상면의 실제 온도를 얻도록 구성된다(이 예에 있어서, 트레이의 상면은 기재(14)를 지지함으로써 트레이의 상면의 실제 온도는 대략 기재(14)의 실제 온도가 된다). 출력 터미널은 히터(11)의 직류 전원에 연결된다. 온도 제어기(16)는 설정 온도값과 실제 온도를 비교하고 그들 사이의 차이에 따른 제어 신호를 계산한다. 출력 터미널은 제어 신호를 히터(11)의 직류 전원으로 전송하여 직류 전원의 전류를 제어함으로써, 히터(11)의 파워가 변화되고 트레이(13)의 상면의 온도는 대략 설정 온도값이 된다. 이 경우, 트레이(13)의 상면의 온도에 대한 제어는 온도 제어기(16)에 의해 구현된다.

그러나, MOCVD 반응기는 진공 분위기에서 작동한다. 진공 분위기에서, 복사(radiation)는 열전달을 위한 중요한 방식이다. 대용량의 금속 챔버에서 열전달 기간이 길기 때문에, 시간 상수가 증가한다. 이 경우, 히터(11)에 의해 생성되는 열을 트레이(13)의 상면으로의 전달은 특정의 시간을 필요로 하기 때문에 트레이(13)의 상면의 온도 변화에 지연(lag)을 유발시킨다.

MOCVD 반응기의 열 올림(heating up) 공정에서, 트레이(13)의 상면의 지연 온도는 온도 제어기(16)에 입력되고, 온도 제어기(16)는 히터(11)를 제어하여 직류 전원의 전류을 증가시켜서, 히터(11)를 과도하게 가열시킴으로써, 트레이(13)의 상면의 온도가 설정 온도값을 넘게 만든다. 그러면 온도 제어기(16)는 히터(11)를 제어하여 직류 전원의 전류를 감소시켜서, 트레이(13)의 상면의 온도가 설정 온도값보다 하강하도록 만든다. 트레이(13)의 상면의 온도 지연은 온도 제어기(16)에 입력되어, 온도 제어기(16)에 의해 제어되는 히터(11)의 파워가 감소되고, 따라서, 트레이(13)의 상면의 온도는 설정 온도값보다 더 작아지게 된다. 따라서, 챔버(10) 내부에서는 온도의 진동(oscillation)이 발생된다.

MOCVD 공정에서, 1℃의 온도 변화는 적어도 5%의 수율 감소를 야기할 것이다. 따라서, 당업자들에게 있어서 기술적 문제점은 기재의 안정된 온도를 확보하여 MOCVD 공정의 수율을 증가시키는 것이다.

MOCVD 반응기의 온도 제어에 관한 더 많은 기술적 해결책을 위해, 공개 번호 CN101906622A를 가진 중국 특허 출원을 참조할 수 있으나, 이것 역시 전술한 기술적 문제점을 해결하지는 못한다.

본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 캐스케이드 제어 방식으로 높은 민감도를 가진 온도 제어 유니트에 의해 온도 제어가 급속도로 보상됨으로써, 기재의 안정적인 온도를 얻을 수 있는, 화학 증착 챔버의 기재를 가열하는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치는, 챔버에 위치된 히터; 챔버의 히터로부터 이격되어 히터 근처에 위치되고 기재를 지지하도록 구성된 트레이; 기재를 지지하는 트레이의 표면에 연결되고, 트레이의 표면의 온도를 측정하여 트레이의 표면의 온도와 설정 온도에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된 제1 온도 제어 유니트; 및 제1 온도 제어 유니트에 연결되고, 트레이와 히터 사이의 영역의 중간 온도를 측정하여 중간 온도와 제1 제어 신호에 근거하여 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된 제2 온도 제어 유니트를 구비하고; 히터는 제2 온도 제어 유니트에 연결되어 제2 제어 신호에 근거하여 가열하도록 구성된다.

바람직하게, 제2 온도 제어 유니트의 시간 상수는 제1 온도 제어 유니트의 시간 상수보다 작다.

바람직하게, 제2 온도 제어 유니트의 시간 상수에 대한 제1 온도 제어 유니트의 시간 상수의 비는 1 내지 25의 범위이다.

바람직하게, 제1 온도 제어 유니트는 제1 온도 측정기, 제1 온도 설정기, 제1 온도 제어기 및 신호 변환기를 포함한다. 제1 온도 측정기는 제1 온도 제어기의 제1 입력 터미널에 연결되고, 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하여 제1 온도 제어기로 제1 실제 온도를 전송하도록 구성되고; 제1 온도 설정기는 제1 온도 제어기의 제2 입력 터미널에 연결되고, 제1 온도 제어기에 설정 온도값을 제공하도록 구성되며; 제1 온도 제어기는 제1 실제 온도와 설정 온도값을 비교하고, 제1 실제 온도와 설정 온도값 사이의 차이에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되며; 신호 변환기는 제1 온도 제어기의 출력 터미널에 연결되고, 제1 제어 신호를 수신하고, 제1 제어 신호를 설정 중간 온도로 변환하며, 설정 중간 온도를 제2 온도 제어 유니트로 전송하도록 구성된다.

바람직하게, 신호 변환기는 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이에 선형 또는 비선형 관계로 제공되고, 신호 변환기는 제1 제어 신호를 수신하여 제1 제어 신호를 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 온도로 변환하고 설정 중간 온도를 제2 온도 제어 유니트로 전송하도록 구성된다.

바람직하게, 제2 온도 제어 유니트는 제2 온도 측정기와 제2 온도 제어기를 포함한다. 제2 온도 측정기는 트레이와 히터 사이에 위치되고 제2 온도 제어기와 연결되며, 트레이와 히터 사이의 측정 포인트의 제2 실제 온도를 측정하여, 제2 실제 온도를 제2 온도 제어기로 전송하도록 구성되며; 제2 온도 제어기는 제2 신호 변환기에 연결되고, 제2 실제 온도와 설정 중간 온도를 비교하여, 제2 실제 온도와 설정 중간 온도 사이의 차이에 근거하여 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

바람직하게, 장치는 제2 온도 제어기와 히터에 연결된 구동 파워 서플라이를 더 구비하고, 구동 파워 서플라이는 제2 제어 신호를 수신하여, 제2 제어 신호에 근거한 히터 전류를 공급하여 히터 전류를 히터에 입력하도록 구성된다.

바람직하게, 제1 온도 측정기는 다중-파장(multi-wavelength)에 근거한 광학 온도 측정 기구이다.

바람직하게, 제1 온도 제어기는 PI 모드 또는 PID 모드를 가진 온도 제어기이다.

바람직하게, 제2 온도 측정기는 열전대(thermocouple)이다.

바람직하게, 제2 온도 측정기는 트레이와 히터 사이의 위치에서 히터에 더 가깝게 위치된다.

바람직하게, 제2 온도 측정기와 히터의 열 방사면은 동일 평면이다.

바람직하게, 챔버의 바닥에는 가스를 배출하도록 구성된 가스 출구가 제공되고, 제2 온도 측정기는 가스 출구 근처에 위치된다.

바람직하게, 제2 온도 제어기는 P 모드를 가진 온도 제어기이다.

본 발명의 바람직한 다른 측면에 따르면, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 방법이 제공된다. 히터와 트레이가 화학 증착 챔버에 제공되고, 트레이는 히터로부터 이격되도록 히터 근처에 위치되고 기재를 지지하도록 구성된다. 본 발명의 방법은, 설정 온도값을 설정하는 단계; 기재를 지지하는 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계; 설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 차이에 근거하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 제1 제어 신호를 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계; 트레이의 표면과 히터 사이의 영역의 제2 실제 온도를 측정하는 단계; 설정 중간 온도값과 제2 실제 온도 사이의 차이에 근거하여 제2 제어 신호를 생성하는 단계; 및 제2 제어 신호에 근거하여 가열되도록 히터를 제어하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 제2 실제 온도는 제1 실제 온도보다 일찍 정상 상태(steady state)에 도달한다.

바람직하게, 기재를 지지하는 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계는, 다중-파장에 근거한 광학 온도 측정 기구에 의해 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 제1 제어 신호를 생성하는 단계는, 설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 제1 차이값을 계산하는 단계; 및 선형 관계 또는 비선형 관계에 근거하여 제1 차이값에 상응하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 제1 제어 신호를 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계는, 제1 제어 신호를 선형 관계 또는 비선형 관계에 근거한 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 제2 제어 신호를 생성하는 단계는, 설정 중간 온도값과 제2 실제 온도 사이의 제2 차이값을 계산하는 단계; 및 선형 관계 또는 비선형 관계에 근거한 제2 차이값에 상응하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 제2 제어 신호에 근거하여 가열하도록 히터를 제어하는 단계는, 제2 제어 신호를 히터 전류로 변환하는 단계; 및 히터 전류를 히터로 입력시키는 단계를 포함한다.

종래기술과 비교하여, 본 출원의 실시예들은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하는 장치는, 연결된 2개의 온도 제어 유니트들이 마련되고, 캐스케이드 제어의 온도 제어 시스템이 2개의 온도 제어 유니트들에 의해 형성되어, 기재의 안정된 온도를 얻을 수 있다.

바람직한 해결책에 있어서, 제2 온도 제어 유니트의 시간 상수는 제1 온도 제어 유니트의 시간 상수보다 작고 즉, 제2 온도 제어 유니트는 제1 온도 제어 유니트보다 더 민감하다. 트레이의 상면의 온도 또는 제2 실제 온도가 변화되는 경우에, 보다 높은 민감도를 가진 제2 온도 제어 유니트는 히터의 파워 변화를 신속하게 제어하여 온도 변화를 보상할 수 있으므로, 기재의 온도를 유지시킬 수 있다.

바람직한 해결책에 있어서, 제2 온도 제어 유니트의 시간 상수에 대한 제1 온도 제어 유니트의 시간 상수의 비는 1 내지 25의 범위이다. 한편으로는, 무의미한 제어 및 제2 온도 제어 유니트의 과도한 민감도에 기인하는 제2 온도 제어 유니트로부터의 피드백이 방지될 수 있고, 다른 한편으로는, 제2 온도 제어 유니트의 불충분한 민감도에 기인하는 제2 온도 제어 유니트에 의해 보상되지 않는 온도 변화가 방지될 수 있다.

바람직한 해결책에 있어서, 신호 변환기는 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이에 선형 관계 또는 비선형 관계로 제공되고, 신호 변환기는 제1 제어 신호를 선형 관계 또는 비선형 관계에 근거한 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 신호로 변환시킨다. 이러한 변환 방식은 간단하고, 신호 변환기의 반응 속도를 증가시킨다.

바람직한 해결책에 있어서, 제2 온도 측정기는 트레이와 히터 사이에서 히터에 더 가까운 위치에 배치된다. 따라서, 제2 온도 측정기는 히터의 파워 변화에 더 민감하게 됨으로써, 히터의 파워 변화에 근거하여 신속한 피드백과 제어가 수행될 수 있다.

바람직한 해결책에 있어서, 가스를 배출하기 위한 가스 출구가 챔버의 바닥에 마련되고, 제2 온도 측정기는 가스 출구 근처에 배치된다. 제2 온도 측정기는 가스 배출율과 가스 출구에서의 가스 배출 속도와 같은 인자들 때문에 온도 변화를 즉시에 보상할 수 있으므로, 장치의 반-간섭 능력을 증가시킬 수 있다.

바람직한 해결책에 있어서, 제1 온도 제어기는 PI 모드를 가진 온도 제어기이거나 제2 온도 제어기는 P 모드를 가진 온도 제어기이므로, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 구조를 간단하게 할 수 있고, 비용을 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래기술의 MOCVD 반응기의 예의 개략도이다.
도 2는 종래기술의 MOCVD 반응기의 온도 제어 시스템의 예의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 반응기의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 반응기의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 개략도이다.
도 5는 도 4의 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 히터와 제2 온도 측정기의 예의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 방법의 플로우챠트이다.

본 발명의 목적, 특징, 및 장점을 분명하고 용이하게 이해하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해 상세한 부분들이 설명되지만, 본 발명은 명세서에 기재된 것들과 다른 실시예들에 의해 구현될 수도 있고, 따라서 본 발명은 본 명세서에서 설명된 실시예들에만 한정되는 것은 아니다.

종래기술의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치가 제공된다. 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 예를 개략적으로 도시한 도 3을 참조한다.

본 발명은 금속 유기 화합물 화학 증착 챔버와 그 속의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치를 예로서 선택하여 설명된다. 그러나, 본 발명은 다른 종류의 화학 증착 챔버들에도 적용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, MOCVD 반응기는 챔버(100), 챔버(100)의 바닥에 위치된 히터(101), 히터(101) 위에 위치되어 하나 또는 그 이상의 기재들(104)을 지지하도록 구성되고, 지지 구조물(102)에 의해 외부 회전 메커니즘에 연결되고, 예를 들어, 3 내지 15mm 범위로 히터(101)로부터 이격 배치된 트레이(103), 챔버(100)의 꼭대기에 위치되어 원료 물질 가스를 입력하도록 구성된 반응 소스 피더(105)를 구비한다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 반응 챔버의 가열을 제어하기 위한 장치는 히터(101)와 트레이(103)를 구비하고, 제1 온도 제어 유니트(106)와 제2 온도 제어 유니트(107)를 더 구비한다.

제1 온도 제어 유니트(106)는 트레이(103)의 상면에 연결되어, 트레이(103)의 상면의 온도를 측정하고 트레이(103)의 상면의 온도와 설정 온도에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

제2 온도 제어 유니트(107)는 제1 온도 제어 유니트(106)에 연결되어, 트레이(103)와 히터(101) 사이의 영역의 중간 온도를 측정하여 제1 제어 신호와 중간 온도에 근거한 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

히터(101)는 제2 온도 제어 유니트(107)에 연결되어 제2 제어 신호에 따라 가열되도록 구성된다.

본 실시예에 있어서, 제2 온도 제어 유니트(107)의 시간 상수는 제1 온도 제어 유니트(106)의 시간 상수보다 작다.

본 명세서에서, '시간 상수'는 온도 제어 유니트의 제어 하에서 미리 설정된 온도의 미리 설정된 비율(예, 80%)로 온도를 상승시키는데 소모된 시간을 의미한다. 미리 설정된 비율은 일반적으로 당업자의 조건과 경험에 의해 미리 결정된다. 시간 상수가 클수록 시간 제어 유니트의 민감도가 더 낮아지고, 시간 상수가 더 작을수록 온도 제어 유니트의 민감도가 더 높아진다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치에는 적어도 2개의 온도 제어 유니트들이 마련되고, 2개의 온도 제어 유니트들은 캐스케이드(cascade) 제어를 얻게 된다. 제2 온도 제어 유니트(107)의 시간 상수는 제1 온도 제어 유니트(106)의 그것보다 더 작고 즉, 제2 온도 제어 유니트(107)는 제1 온도 제어 유니트(106)보다 더 민감하다.

트레이(103)의 상면이 히터(101)로부터 멀기 때문에, 히터(101)로부터 방사되는 열은 트레이(103)와 히터(101) 사이의 영역에 먼저 도달한 후 트레이(103)의 상면에 도달한다. 따라서, 중간 온도는 트레이(103)의 상면의 온도보다 일찍 히터(101)의 파워 변화를 반영할 수 있다.

온도가 상승하는 공정 동안, 제1 온도 제어 유니트(106)는 상승될 온도를 느리게 제어하고, 중간 온도는 제2 온도 제어 유니트(107)의 제어 하에서 정상 상태에 신속하게 도달한다. 그러면, 제1 온도 제어 유니트(106)는 연속적으로 제1 제어 신호를 느리게 증가시키고, 제2 온도 제어 유니트(107)는 제1 제어 신호의 제어 하에서 중간 온도를 다시 정상 상태로 신속하게 도달시키게 되고, 이러한 방식으로, 트레이(103)의 상면의 온도가 설정 온도에 도달할 때까지 온도는 계속해서 상승한다.

제2 온도 제어 유니트(107)가 제1 제어 신호에 근거하여 온도를 제어하기 때문에, 제2 온도 제어 유니트(107)의 제어 하에서 정상 상태에 도달할 때 중간 온도가 제1 제어 신호에 상응하는 온도를 넘지 않을 것이므로, 트레이(103)의 상면의 온도의 심각한 진동이 발생되지 않아서 기재의 온도의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 온도를 유지시키는 공정 동안, 중간 온도는 온도 간섭 인자 때문에 변화될 수 있고, 보다 높은 민감도를 가진 제2 온도 제어 유니트(107)는 히터(101)의 파워 변화를 신속하게 제어하여, 온도 간섭 인자에 의해 야기되는 온도 변화를 보상하여 기재의 온도를 유지한다.

따라서, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치를 사용함으로써, 챔버의 기재의 온도가 정상으로 유지되어, 온도 상승 공정 또는 온도 유지 공정에서 온도가 크게 변화되지 않기 때문에, 챔버의 공정 수율을 증대시킬 수 있다.

제2 온도 제어 유니트(107)의 시간 상수가 제1 온도 제어 유니트(106)의 그것보다 훨씬 작은 경우 즉, 제2 온도 제어 유니트(107)가 너무 민감한 경우, 제2 온도 제어 유니트(107)의 제어를 위한 피드백 액션이 너무 빠르고, 제1 제어 신호의 작은 변화 조차도 제2 온도 제어 유니트(107)로 하여금 복수의 무의미한 피드백과 제어를 수행시켜서 전체 기재의 온도 안정성에 유익하지 않게 될 수 있음을 유의해야 한다.

반대로, 제2 온도 제어 유니트(107)의 시간 상수가 제1 온도 제어 유니트(106)의 그것에 가깝거나 그것보다 더 큰 경우, 제2 온도 제어 유니트(107)의 동적 조정 효과가 감소되고, 온도 간섭 효과의 영향이 즉시에 제거될 수 없고, 제1 온도 제어 유니트(106)와 제2 온도 제어 유니트(107) 사이의 결합 공명(coupling resonance) 현상 마저 발생될 수 있으므로, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 위한 장치가 정상적으로 작동할 수 없다.

따라서, 제2 온도 제어 유니트(107)의 시간 상수에 대한 제1 온도 제어 유니트(106)의 시간 상수의 비는 1 내지 25의 범위이다. 바람직하게, 시간 상수 비는 3 내지 10이다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예의 기술적 해결책은 다른 실시예들을 참조하여 더 상세히 설명된다.

본 발명의 다른 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도 4를 참조한다. 도 4의 구성요소들은 단지 설명의 목적으로만 그들의 위치를 나타내는 것으로서, 이 위치들에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예의 제1 온도 제어 유니트(106)는 제1 온도 측정기(1061), 제1 온도 설정기(1063), 제1 온도 제어기(106), 및 신호 변환기(1064)를 구비한다. 제2 온도 제어 유니트(107)는 제2 온도 측정기(1071) 및 제2 온도 제어기(1072)를 구비한다.

제1 온도 측정기(1061)는 트레이(103)의 상면(트레이(103)의 상면은 본 실시예의 기재(104)를 지지하기 위한 트레이 표면이다)의 제1 실제 온도를 측정하기 위해 제1 온도 제어기(1062)의 제1 입력 터미널(A)에 연결되고, 제1 실제 온도를 제1 온도 제어기(1062)로 전송한다. 본 실시예에 있어서, 트레이(103)의 상면은 기재(104)를 지지하기 위한 트레이 표면이고 기재(104)와 접촉되기 때문에, 트레이(103)의 상면의 온도와 기재(104)의 온도는 서로 동일하다.

바람직하게, 트레이(103)의 상면의 실제 온도를 정확하고 신속하게 얻기 위해, 제1 온도 측정기(1061)는 높은 정밀도를 가진 다중-파장에 근거한 광학 온도 측정 기기이다. 구체적으로, 광학 온도 측정 기기는 비-접촉 온도 측정 기기이고, 광학 온도 측정 기기의 측정 프로브는 트레이(103)의 상부에 위치되고, 트레이(103)의 상면으로부터 1 내지 17cm 간격을 가진다.

본 실시예의 다중-파장에 근거한 광학 온도 측정 기기는 비-접촉 온도 측정 기기로서 본 명세서에 한정되지 않음을 유의해야 한다. 다른 실시예들에 있어서, 제1 온도 측정기(1061)는 다른 비-접촉 광학 온도 측정 기기 또는 접촉 광학 온도 측정 기기일 수 있으며, 본 명세서에서는 한정되는 것은 아니다.

제1 온도 설정기(1063)는 제1 온도 제어기(1062)의 제2 입력 터미널(B)에 연결되어 설정 온도값을 제1 온도 제어기(1062)에 제공한다. 제1 온도 설정기(1063)는 연구원 또는 공정 오퍼레이터가 온도를 설정할 수 있도록 사용자-컴퓨터 인터페이스가 제공된다. MOCVD 반응기의 경우, 설정 온도값은 일반적으로 500 내지 1200℃의 범위이다. 예를 들어, 설정 온도값은 500℃이다.

제1 온도 설정기(1063)는 독립된 하드웨어 장치일 수 있거나 제1 온도 제어기(1062)에 통합되어 동일한 기능을 가진 소프트웨어일 수 있고, 본 명세서에 한정되지 않음을 유의해야 한다.

제1 온도 제어기(1062)는 제1 실제 온도와 설정 온도값을 비교하고, 제1 실제 온도와 설정 온도값 사이의 차이에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

구체적으로, 제1 온도 제어기(1062)는 제1 실제 온도와 설정 온도값 사이의 제1 차이값을 먼저 계산하고, 제1 차이값에 근거하여 제1 차이값에 상응하는 제1 제어 신호를 얻게 된다. 본 실시예에 있어서, 제1 제어 신호는 제1 차이값과 선형 관계를 가진다. 특히, 제1 제어 신호는 제1 차이값에 직접 비례한다.

본 실시예에 있어서, 제1 제어 신호는 설정 중간 온도에 상응하는 백분율 제어 신호이다. 예를 들어, 제1 온도 측정기(1061)의 백분율 제어 신호는 0 내지 100%의 범위를 가지며, 상응하는 설정 중간 온도는 0 내지 1200℃의 범위이다. 다른 실시예들에 있어서, 제1 제어 신호는 전압 제어 신호일 수 있다.

일반적으로, 백분율 제어 신호는 설정 중간 온도와 선형 관계를 가진다. 그러나, 이러한 관계는 본 명세서에 한정되는 것은 아니고, 백분율 제어 신호는 설정 중간 온도와 비-선형 관계를 가질 수도 있다.

제1 온도 제어기(1062)는 비례 유니트(P), 적분 유니트(I), 및 미분 유니트(D)를 포함하는 PID 모드를 가진 온도 제어기일 수 있다.

제1 온도 제어기(1062)는 정상 편차(steady-state error)의 특성을 가져야 하고, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치는 캐스케이드 제어에 의해 트레이(103)의 상면의 안정된 온도 제어를 구현할 수 있다. 따라서, 제1 온도 제어기(1062)는 정상 편차를 감소시킬 수 있는 적분 유니트(I)가 마련되지 않을 수도 있다. 바람직하게, 제1 온도 제어기(1062)는 비례 유니트(P) 및 적분 유니트(I)만 포함함으로써, 화학 증착 챔버의 기재의 가열의 제어를 위한 장치의 구조를 간단하게 하고 비용을 감소시킬 수도 있다.

신호 변환기(1064)는 제1 온도 제어기(1062)의 출력 터미널에 연결되어 제1 제어 신호를 수신하고, 제1 제어 신호를 설정 중간 온도를 변환하여 설정 중간 온도를 제2 온도 제어 유니트(107)로 전송할 수 있다.

신호 변환기(1064)는 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이에서 선형 관계로 마련된다. 신호 변환기(1064)는 제1 제어 신호를 백분율 제어 신호와 설정 중간 온도 사이의 선형 관계에 근거한 제1 제어 신호로 변환하여 설정 중간 온도를 제2 온도 제어 유니트(107)로 전송한다.

신호 변환기(1064)는 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이에 선형 관계로 제공되어, 상기 변환을 간단하고 효율적으로 만들기 때문에, 본 실시예에서 신호 변환기(1064)는 높은 응답 속도를 가지게 된다. 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이의 관계는 본 명세서에 한정되는 것은 아니다. 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이의 관계는 예를 들어, 지수 관계 또는 맵핑(mapping) 관계와 같이, 비-선형 관계일 수 있다.

제2 온도 측정기(1071)는 트레이(103)와 히터(101) 사이에 위치되어 트레이(103)와 히터(101) 사이의 측정 포인트(O)의 제2 실제 온도를 측정한다.

트레이(103)의 상면과 비교하여, 트레이(103)와 히터(101) 사이의 측정 포인트(O)는 히터(101)에 더 가깝기 때문에, 측정 포인트(O)의 제2 실제 온도는 히터(101)의 파워 변화에 더 민감하고 히터(101)의 파워 변화를 더 일찍 반영한다. 제2 온도 제어 유니트(107)는 제2 실제 온도에 근거한 제어를 수행하여, 트레이(103)의 상면의 온도에서 히터(101)의 파워 변화의 영향을 감소시킬 수 있다.

제2 온도 측정기(1071)가 히터(101)에 더 가까울수록, 제2 실제 온도는 히터(101)의 파워 변화에 더 민감해진다. 바람직하게, 제2 온도 측정기(1071)와 히터(101)의 열 방사면은 동일 평면이다.

제2 온도 측정기(1071)는 열전대 또는 다른 온도 측정 기기(접촉 또는 비접촉 온도 측정 기기)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4의 히터(101)와 제2 온도 측정기(1071)의 실시예를 개략적으로 도시한 도 5를 참조한다.

도 5는 히터(101)의 평면도이다. 일반적으로, 기재(104)는 웨이퍼이므로, 본 실시예에서 히터(101)는 라운드 구조이다.

히터(101)는 동심원적으로 배치된 원형 가열 요소로서, 원의 중심에 인접한 내부 영역 가열 요소(1011), 원의 중심으로부터 이격된 외부 영역 가열 요소(1013), 및 내부 영역 가열 요소(1011)와 외부 영역 가열 요소(1013) 사이에 위치된 중간 영역 가열 요소(1012)를 구비한다.

도면의 간명화를 위해, 도 5에는 내부 영역 가열 요소(1011), 중간 영역 가열 요소(1012) 및 외부 영역 가열 요소(1013)만 도시되어 있다. 내부 영역 가열 요소(1011), 중간 영역 가열 요소(1012), 및 외부 영역 가열 요소(1013)는 각각 다양한 원형 요소들을 더 포함할 수 있다. 중간 영역 가열 요소(1012)는 가장 큰 영역을 가지고, 웨이퍼의 가장 큰 영역에 상응하며, 대부분의 열을 공급한다. 본 실시예에 있어서, 제2 온도 측정기(1071)는 중간 영역 가열 요소(1012)에 상응하는 장소에 위치된다.

제1 온도 측정기(1061)는 트레이(103)의 상면의 그 어떤 위치의 온도를 측정하도록 구성될 수 있음을 유의해야 한다. 제2 온도 측정기(1071)는 그 어떤 영역의 온도를 측정할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 제2 온도 측정기(1071)는 내부 영역 가열 요소(1011) 또는 외부 영역 가열 요소(1073)에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 온도 측정기(1071)는 챔버(100)의 바닥에 위치된 지지 구조물에 의해 고정된 열전대일 수 있다. 지지 구조물은 도 5에 도시된 원형 가열 요소의 링들 사이의 인터벌 영역(1014)을 관통하여, 열전대의 측정 포인트(O)가 히터(101)와 트레이(103) 사이에 위치되도록 한다.

다시 도 5를 참조하면, 히터(101)는 챔버(100)의 바닥의 중앙에 위치되고, 가스를 배출하기 위한 가스 출구(108)는 챔버(100)의 바닥에 제공된다. 가스 배출율과 가스 배출 속도와 같은 인자에 의해 온도 변화는 가스 출구(108)에서 엄청나다.

본 실시예에 있어서, 제2 온도 측정기(1071)는 가스 출구(108)에 가까운 중간 영역 가열 요소(1012)에 배치되기 때문에, 가스 배출율과 가스 배출 속도와 같은 온도 간섭 인자들 때문에 온도가 변화되는 경우에, 제2 온도 제어 유니트(107)는 온도 변화를 즉시에 보상할 수 있고, 트레이(103)의 상면의 온도의 온도 변화의 영향을 감소시킬 수 있다.

온도 간섭 인자는 가스 배출율, 가스 배출 속도, 트레이의 회전, 챔버의 응력 및 냉각수 유동의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 유의해야 한다. 제2 온도 측정기(1071)는 대부분의 온도 간섭 인자들에 의해 영향을 받는 장소에 위치될 수 있으므로, 기재의 온도에서 복수의 간섭 인자들의 영향을 보상할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 제2 온도 제어기(1072)는 단일 변환기(1064)와 제2 온도 측정기(1071)에 연결되어, 제2 실제 온도와 설정 중간 온도를 비교하고 제2 실제 온도와 설정 중간 온도 사이의 차이에 근거한 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

구체적으로, 제2 온도 제어기(1072)는 제2 실제 온도와 설정 중간 온도 사이의 제2 차이값을 먼저 계산하고, 제2 차이값에 근거한 제2 차이값에 상응하는 제2 제어 신호를 얻는다. 본 실시예에 있어서, 제2 제어 신호는 제2 차이값과 선형 관계를 가진다. 특히, 제2 제어 신호는 제2 차이값과 직접 비례한다. 다른 실시예들에 있어서, 제2 제어 신호는 제2 차이값과 비-선형 관계를 가질 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 제2 제어 신호는 제2 차이값에 직접 비례하는 백분율 제어 신호이다. 백분율 제어 신호는 0 내지 100%의 범위를 가진다. 다른 실시예들에 있어서, 제2 제어 신호는 전압 제어 신호일 수도 있다.

제2 온도 제어기(1072)는 비례 유니트(P), 적분 유니트(I), 미분 유니트(D)를 포함하는 높은 민감도를 가진 온도 제어기일 수 있다.

제2 온도 제어기(1072)는 고 민감도 특성을 가져서 신속한 조절이 가능해야만 한다. 따라서, 제2 온도 제어기(1072)는 정상 편차를 감소시키기 위해 적분 유니트(I) 또는 진동을 제한하기 위해 미분 유니트(D)가 제공되지 않을 수도 있다. 바람직하게, 제2 온도 제어기(1072)는 P 모드에서 온도 제어기일 수 있고, 즉, 제2 온도 제어기(1072)는 비례 유니트(P)만을 포함함으로써, 구조를 간단하게 할 수 있고 비용을 감소시킬 수 있다.

화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치는 구동 파워 서플라이(1073)를 더 구비할 수 있다. 구동 파워 서플라이(1073)는 제2 온도 제어기(1072)의 출력 터미널과 히터(101)에 연결되고, 제2 제어 신호를 수신하고, 제2 제어 신호에 근거한 히터 전류를 공급하고 히터 전류를 히터(101)에 입력하도록 구성된다.

본 실시예에 있어서, 제2 제어 신호는 히터 전류에 직접 비례하는 백분율 신호이다. 구동 파워 서플라이(1073)는 제2 제어 신호와 직접적인 비례 관계에 근거한 히터 전류를 얻고, 히터 전류를 히터(101)에 공급하여, 히터(101)가 히터 전류에 의거하여 가열되도록 한다. 다른 실시예들에 있어서, 제2 제어 신호는 히터 전류와 비-선형 관계일 수 있고, 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 4에 도시된 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 기술적 해결책은 가열 공정과 관련하여 더 상술된다.

먼저, 500℃의 설정 온도값이 제1 온도 설정기(1063)에 의해 설정되고, 제1 온도 측정기(1061)에 의해 측정되는 트레이(103)의 상면의 온도는 상온(25℃)이고, 제1 제어 신호는 475℃의 온도 차이(500℃와 25℃의 차이값)에 근거하여 제1 온도 제어기(1062)에 의해 출력된다.

제1 온도 제어기(1062)의 제1 제어 신호는 0 내지 100%의 범위로서, 0 내지 1200℃의 온도 범위에 상응한다. 따라서, 475℃에 상응하는 제1 제어 신호는 39%이다.

이 경우에, 제2 온도 측정기(1071)에 의해 측정되는 제2 실제 온도는 25℃의 상온이다. 제2 온도 제어기(1072)는 제2 실제 온도와 설정 중간 온도 사이의 35℃의 차이값(60℃와 25℃ 사이의 차이값)에 근거하여 제2 제어 신호를 출력한다.

제2 온도 제어기(1072)는 높은 민감도를 가지기 때문에, 동일한 온도 차이를 위해, 제2 온도 제어기(1072)의 제2 제어 신호는 제1 온도 제어기(1062)의 제1 제어 신호보다 더 크다. 본 실시예에 있어서, 제2 온도 제어기(1072)는 35℃의 차이값에 근거하여 20%의 제2 제어 신호를 출력한다.

구동 파워 서플라이(1073)를 위하여, 0 내지 100% 범위의 제2 제어 신호는 0 내지 250A 범위의 히터 전류에 상응한다. 따라서, 20%의 제2 제어 신호에 응답하여, 구동 파워 서플라이(1073)는 50A의 히터 전류를 출력하여 히터(101)가 가열되도록 제어한다.

소정 시간이 경과한 후, 제1 실제 온도는 26℃이고, 제2 온도 제어기(1072)가 높은 민감도와 신속한 온도 상승을 가지므로 제2 실제 온도는 30℃에 도달한다. 그 후, 제1 실제 온도가 30℃에 도달할 때, 제2 실제 온도는 55℃에 도달한다. 제2 실제 온도가 제1 실제 온도보다 더 빨리 상승하기 때문에, 제2 실제 온도는 설정 중간 온도에 가까운 정상 상태에 신속하게 도달한다. 설정 중간 온도가 제1 실제 온도에 의해 제한되기 때문에, 제2 실제 온도는 현저하게 변화되지는 않을 것이다.

제1 제어 신호가 점진적으로 증가함에 따라, 제2 실제 온도는 연속적으로 정상 상태에 도달한다. 가열 공정은 트레이(103)의 상면의 제1 실제 온도가 500℃의 정상 상태에 도달할 때까지 마무리된다.

도 4 및 도 5의 실시예들에 있어서, 장치에는 캐스케이드 제어의 하나의 온도 제어 시스템만이 마련되지만 본 실시예에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예들에 있어서, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치는 캐스케이드 제어의 복수의 온도 제어 시스템들을 포함할 수도 있다. 각각의 제어 시스템의 제1 온도 제어기는 트레이의 상면의 다른 위치의 온도를 측정하도록 구성되고, 제2 온도 제어기는 다른 영역(내부 영역, 중간 영역 또는 외부 영역)의 온도를 측정하도록 구성되기 때문에, 다른 온도 제어 시스템들에 의해 온도가 독립적으로 각각 측정 및 제어되어, 트레이의 상면의 다른 위치의 온도를 조절하게 된다.

화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치의 전술한 실시예들에서, 히터는 챔버의 바닥에 위치되고, 트레이는 히터 위에 위치되고, 트레이의 상면은 기재와 접촉되고, 제1 온도 제어 유니트는 트레이의 상면에 연결된다. 그러나, 전술한 내용은 본 명세서에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예들에 있어서, 히터는 수직 방향을 따라 배치될 수 있고, 트레이는 히터 근처에 배치되어 히터로부터 이격될 수 있고(예를 들어, 트레이는 수직 방향을 따라 배치되어 히터와 평행하게 위치될 수 있다); 기재를 지지하기 위한 트레이의 표면의 온도는 기재의 그것과 동일하고, 제1 온도 제어 유니트는 기재를 지지하기 위한 트레이의 표면에 연결되어 트레이의 표면의 온도를 얻어서 기재의 온도를 제어할 수 있다.

전술한 관점에서, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치는 제1 온도 제어 유니트와 제2 온도 제어 유니트에 의해 형성되는 캐스케이드 제어의 온도 제어 시스템이 마련되고, 제2 온도 제어 유니트는 보다 높은 민감도를 가지며 신속하고 즉각적 조절 기능을 수행할 수 있으므로, 히터의 동적 특성을 개선하고, 가열 공정의 성능 지연의 영향을 감소시키고 온도 진동을 감소시킴으로써, 기재 온도의 안정성을 증가시킬 수 있다.

또한, 화학 증착 챔버에는 서로 다른 공정 성장 단계들이 있을 수 있으므로 예를 들어, 공동(cavity) 압력, 가스 유동 및 트레이의 회전 속도와 같은 다른 성장 환경들이 설정되고, 냉각수 유동의 변동과 같은 외부 환경과 결합되어, 온도 제어의 정확성에 방해가 발생될 것이다. 캐스케이드 제어의 온도 제어 시스템의 신속하고 즉각적인 조절 기능은 방해를 제한하는 강력한 능력을 가지며 온도에 대한 방행의 영향을 엄청나게 약화시킬 수 있다.

또한, 화학 증착 챔버의 히터는 특수한 내열 및 전도성 재료로 제조된다. 주변 온도가 증가될 때 재료의 저항은 비선형적으로 변화되고, 히터에 의해 소모되는 파워는 동일한 히터 전류 하에서 변화됨으로써, 온도 제어의 정확도에 영향을 미치게 된다. 캐스케이드 제어의 온도 제어 시스템의 제2 온도 제어 유니트는 신속하고 즉각적인 조절 기능을 가지고 특수한 적응성을 가지기 때문에, 기재 온도의 동적 특성에 대한 재료의 비선형 변화의 영향이 어느 정도로 보상된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 방법이 제공된다. 히터와 트레이가 화학 증착 챔버에 제공되고, 트레이는 히터 근처에 위치되어 히터로부터 이격되며 기재를 지지하도록 구성된다. 기재를 지지하기 위한 트레이의 표면의 온도는 기재의 온도와 동일하다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 방법의 플로우챠트인 도 6을 참조한다. 본 실시예에서, 방법은 단계들 S1 내지 S7을 포함한다.

S1은 설정 온도값을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

S2는 기재를 지지하기 위한 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

S3는 설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 차이에 근거한 제1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

S4는 제1 제어 신호를 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

S5는 트레이의 표면과 히터 사이의 영역의 제2 실제 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

S6는 설정 중간 온도값과 제2 실제 온도 사이의 차이에 근거한 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

S7은 제2 제어 신호에 근거하여 발열되도록 히터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 온도 제어는 캐스케이드 제어에 의해 구현되고 기재의 안정된 온도가 얻어질 수 있다.

바람직하게, 제2 실제 온도는 제1 실제 온도보다 더 일찍 정상 상태에 도달한다. 이 경우, 온도 변화는 정상 상태에 신속하게 도달하는 제2 실제 온도에 의해 급속하게 보상된다. 따라서, 제1 실제 온도는 정상으로 되고, 즉 기재의 온도가 정상으로 된다.

본 출원의 기술적 해결책은 특정 실시예들과 관련하여 아래에서 더 상세히 설명된다.

S1에서, 설정 온도값이 설정된다. MOCVD 반응기의 기재의 온도는 일반적으로 500 내지 1200℃의 범위이다. 예를 들어, 설정 온도값은 500℃로 설정된다.

S3에서, 제1 제어 신호는 설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 차이에 근거하여 생성된다. 특히, S3은, 설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 제1 차이값을 계산하는 단계; 및 선형 관계에 기반한 제1 차이값에 상응하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 하위 단계들을 포함한다.

다른 실시예들에 있어서, 제1 차이값은 제1 제어 신호와 비-선형 관계를 가질 수 있고, 이 경우, 제1 제어 신호를 생성하는 단계는 비-선형 관계에 근거한 제1 차이값에 상응하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 제어 신호는 제1 차이값과 선형 관계를 가져서, 제1 제어 신호의 생성을 간단하게 하고 응답 속도를 증가시킨다.

S4에서, 제1 제어 신호는 설정 중단 온도값으로 변환된다. 구체적으로, 제1 제어 신호는 선형 관계에 근거한 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 온도값으로 변환될 수 있어서, 변환을 간단하게 하고 응답 속도를 증가시킨다.

다른 실시예들에 있어서, 제1 제어 신호는 설정 중간 온도값과 비선형 관계를 가질 수 있다. 신호의 변환에 있어서, 제1 제어 신호는 비선형 관계에 근거한 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 온도값으로 변환된다.

S5에서, 트레이의 표면과 히터 사이의 영역의 제2 실제 온도는 열전대에 의해 측정된다.

S6에서, 제2 제어 신호를 생성하는 단계는 설정 중간 온도값과 제2 실제 온도 사이의 제2 차이값을 계산하는 단계; 및 선형 관계에 근거한 제2 차이값에 상응하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 하위 단계들을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제2 제어 신호는 제2 차이값과 선형 관계를 가져서, 제2 제어 신호의 생성을 간단하게 하고, 응답 속도를 증가시킨다.

다른 실시예들에 있어서, 제2 차이값은 제2 제어 신호와 비선형 관계를 가질 수 있고, 이 경우, 제2 제어 신호를 생성하는 단계는 비선형 관계에 근거한 제2 차이값에 상응하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

S7에서, 히터 파워는 히터 전류의 제어에 의해 제어된다. 구체적으로, 제2 제어 신호에 근거하여 히터가 발열하도록 제어하는 단계는 제2 제어 신호를 히터 전류로 변환하는 단계; 및 히터 전류를 히터에 입력시키는 단계를 포함하는 하위 단계들을 포함할 수 있다.

S7에서, 제2 제어 신호 역시 히터 전류와 선형 관계를 가져서, 변환을 용이하게 한다.

본 발명은 바람직한 예시적 실시예들에 의해 개시되었지만 이것은 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 아니된다. 본 발명의 기술적 해결책에 대한 변화와 변경은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

100...챔버 101...히터
102...지지 구조물 103...트레이
104...기재 105...피더
106...제1 온도 제어 유니트 107...제2 온도 제어 유니트
108...가스 출구 1061...제1 온도 측정기
1062...제1 온도 제어기 1063...제1 온도 설정기
1064...신호 변환기 1071...제2 온도 측정기
1072...제2 온도 제어기 1011...내부 영역 가열 요소
1012...중간 영역 가열 요소 1013...외부 영역 가열 요소
1014...인터벌 영역 1073...구동 파워 서플라이

Claims

화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 장치에 있어서,
챔버에 위치된 히터;
챔버의 내부의 히터로부터 이격되어 히터 근처에 위치되고 기재를 지지하도록 구성된 트레이;
기재를 지지하는 트레이의 표면에 연결되고, 트레이의 표면의 온도를 측정하고 트레이의 표면의 온도와 설정 온도에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성된 제1 온도 제어 유니트; 및
제1 온도 제어 유니트에 연결되고, 트레이와 히터 사이의 영역의 중간 온도를 측정하고 중간 온도와 제1 제어 신호에 근거하여 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된 제2 온도 제어 유니트를 구비하고;
히터는 제2 온도 제어 유니트에 연결되어 제2 제어 신호에 근거하여 가열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서,
제2 온도 제어 유니트의 시간 상수는 제1 온도 제어 유니트의 시간 상수보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서,
제2 온도 제어 유니트의 시간 상수에 대한 제1 온도 제어 유니트의 시간 상수의 비는 1 내지 25의 범위인 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서,
제1 온도 제어 유니트는 제1 온도 측정기, 제1 온도 설정기, 제1 온도 제어기 및 신호 변환기를 포함하고,
제1 온도 측정기는 제1 온도 제어기의 제1 입력 터미널에 연결되고, 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하고, 제1 온도 제어기로 제1 실제 온도를 전송하도록 구성되고;
제1 온도 설정기는 제1 온도 제어기의 제2 입력 터미널에 연결되고, 제1 온도 제어기에 설정 온도값을 제공하도록 구성되며;
제1 온도 제어기는 제1 실제 온도와 설정 온도값을 비교하고, 제1 실제 온도와 설정 온도값 사이의 차이에 근거하여 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되며;
신호 변환기는 제1 온도 제어기의 출력 터미널에 연결되고, 제1 제어 신호를 수신하고, 제1 제어 신호를 설정 중간 온도로 변환하며, 설정 중간 온도를 제2 온도 제어 유니트로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 4에 있어서,
신호 변환기는 제1 제어 신호와 설정 중간 온도 사이에 선형 또는 비선형 관계로 제공되고,
신호 변환기는 제1 제어 신호를 수신하고, 제1 제어 신호를 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 온도로 변환하고, 설정 중간 온도를 제2 온도 제어 유니트로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 4에 있어서,
제2 온도 제어 유니트는 제2 온도 측정기와 제2 온도 제어기를 포함하고,
제2 온도 측정기는 트레이와 히터 사이에 위치되고, 제2 온도 제어기와 연결되며, 트레이와 히터 사이의 측정 포인트의 제2 실제 온도를 측정하고, 제2 실제 온도를 제2 온도 제어기로 전송하도록 구성되며;
제2 온도 제어기는 제2 신호 변환기에 연결되고, 제2 실제 온도와 설정 중간 온도를 비교하고, 제2 실제 온도와 설정 중간 온도 사이의 차이에 근거하여 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 6에 있어서,
제2 온도 제어기와 히터에 연결된 구동 파워 서플라이를 더 구비하고;
구동 파워 서플라이는 제2 제어 신호를 수신하고, 제2 제어 신호에 근거한 히터 전류를 공급하고 히터 전류를 히터에 입력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 4에 있어서,
제1 온도 측정기는 다중-파장(multi-wavelength)에 근거한 광학 온도 측정 기구인 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 4에 있어서,
제1 온도 제어기는 PI 모드 또는 PID 모드를 가진 온도 제어기인 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 6에 있어서,
제2 온도 측정기는 열전대(thermocouple)인 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 6에 있어서,
제2 온도 측정기는 트레이와 히터 사이의 위치에서 히터에 더 가깝게 위치된것을 특징으로 하는 장치.
청구항 6에 있어서,
제2 온도 측정기와 히터의 열 방사면은 동일 평면인 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 6에 있어서,
챔버의 바닥에는 가스를 배출하도록 구성된 가스 출구가 제공되고,
제2 온도 측정기는 가스 출구 근처에 위치된 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 6에 있어서,
제2 온도 제어기는 P 모드를 가진 온도 제어기인 것을 특징으로 하는 장치.
히터와 트레이가 화학 증착 챔버에 제공되고, 트레이는 히터로부터 이격되도록 히터 근처에 위치되고 기재를 지지하도록 구성되는, 화학 증착 챔버의 기재의 가열을 제어하기 위한 방법에 있어서,
설정 온도값을 설정하는 단계;
기재를 지지하는 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계;
설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 차이에 근거하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계;
제1 제어 신호를 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계;
트레이의 표면과 히터 사이의 영역의 제2 실제 온도를 측정하는 단계; 설정 중간 온도값과 제2 실제 온도 사이의 차이에 근거하여 제2 제어 신호를 생성하는 단계; 및
제2 제어 신호에 근거하여 가열되도록 히터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15에 있어서,
제2 실제 온도는 제1 실제 온도보다 일찍 정상 상태(steady state)에 도달하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15에 있어서,
기재를 지지하는 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계는, 다중-파장에 근거한 광학 온도 측정 기구에 의해 트레이의 표면의 제1 실제 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15에 있어서,
제1 제어 신호를 생성하는 단계는,
설정 온도값과 제1 실제 온도 사이의 제1 차이값을 계산하는 단계; 및
선형 관계 또는 비선형 관계에 근거하여 제1 차이값에 상응하는 제1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15에 있어서,
제1 제어 신호를 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계는,
제1 제어 신호를 선형 관계 또는 비선형 관계에 근거한 제1 제어 신호에 상응하는 설정 중간 온도값으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15에 있어서,
제2 제어 신호를 생성하는 단계는,
설정 중간 온도값과 제2 실제 온도 사이의 제2 차이값을 계산하는 단계; 및
선형 관계 또는 비선형 관계에 근거한 제2 차이값에 상응하는 제2 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 15에 있어서,
제2 제어 신호에 근거하여 가열하도록 히터를 제어하는 단계는,
제2 제어 신호를 히터 전류로 변환하는 단계; 및
히터 전류를 히터로 입력시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.