KR102440417B1 - 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템 및 그 히터 시스템을 포함하는 기판 지지 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 태양에 따르면, 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템으로서, 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 배치되는 복수의 제1 전력 라인, 상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 형성되는 적어도 하나의 기점으로부터 방사 형상으로 배치되는 복수의 제2 전력 라인, 및 상기 복수의 제1 전력 라인 중 하나의 제1 전력 라인 및 상기 복수의 제2 전력 라인 중 하나의 제2 전력 라인으로 구성되는 전력 라인 쌍과 전기적으로 연결되고, 서로 동일한 전력 라인 쌍을 공유하지 않는 복수의 히터를 포함하는 히터 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템 및 그 히터 시스템을 포함하는 기판 지지 어셈블리에 관한 것이다.
반도체 공정에서 웨이퍼에 대해 균일한 열 처리가 가능하고 파티클 발생을 최소화할 수 있는 정전 척(ESC)이 주로 사용되고 있다. 근래에 들어, 반도체 회로가 초미세화 및 고성능화되면서 반도체 공정 과정을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 장비에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 공정 과정에서 기판에 대한 온도 분포 균일도가 그 공정 결과에 상당한 영향을 끼치기 때문에, 척의 히터 구조를 어떻게 구성하는지가 주요 관심사로 부각되고 있으며 이에 대한 연구 개발 또한 활발하게 진행되고 있다.
하지만, 종래 기술을 비롯하여 지금까지 소개된 기술에 의하면, 대부분의 척의 히터에 발열체가 열과 행으로 이루어진 매트릭스 형태로 배열되고, 그 발열체 사이에는 크로스토크 방지를 위한 다이오드가 배치되었으며, 각 발열체와 연결되는 스위치를 통해 각 발열체에 공급되는 전력을 제어되는 방식이었다. 그러나, 이러한 매트릭스 형태로 이루어진 히터로는 기하학(geometry)적인 형태로 인한 공백 영역 등으로 인해 원형 기판의 온도 분포를 정교하게 제어하기 어려운 한계가 있었다.
이에, 본 발명자(들)는, 전력 라인의 배치 형태를 직선 및 원형으로 다각화하고, 이를 통해 히터 배치 및 히터 제어 방식이 방사 방향(radial) 및 방위 방향(azimuthal)으로 이루어지도록 하는 신규하고 진보된 기술을 제안하는 바이다.
본 발명은, 전술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 방사 방향(radial) 및 방위 방향(azimuthal)으로 히터 배치 및 히터 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 정밀한 온도 제어가 이루어질 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 링 형상으로 배치되는 전력 라인 및 방사 형상으로 배치되는 전력 라인을 이용함으로써, 적은 수의 전력 라인으로 많은 수의 히터를 독립 제어하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템으로서, 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 배치되는 복수의 제1 전력 라인, 상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 형성되는 적어도 하나의 기점으로부터 방사 형상으로 배치되는 복수의 제2 전력 라인, 및 상기 복수의 제1 전력 라인 중 하나의 제1 전력 라인 및 상기 복수의 제2 전력 라인 중 하나의 제2 전력 라인으로 구성되는 전력 라인 쌍과 전기적으로 연결되고, 서로 동일한 전력 라인 쌍을 공유하지 않는 복수의 히터를 포함하는 히터 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 다구역 온도 제어를 위한 기판 지지 어셈블리로서, 정전 클램핑층, 히터 시스템을 포함하는 히터층, 및 냉각 플레이트를 포함하고, 상기 히터 시스템은, 서로 다른 직경을 갖는 링 형상의 복수의 제1 전력 라인, 상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 형성되는 적어도 하나의 기점으로 하여 방사 형상으로 배치되는 복수의 제2 전력 라인, 및 상기 복수의 제1 전력 라인 중 하나의 제1 전력 라인 및 상기 복수의 제2 전력 라인 중 하나의 제2 전력 라인으로 구성되는 전력 라인 쌍과 전기적으로 연결되고, 서로 동일한 전력 라인 쌍을 공유하지 않는 복수의 히터를 포함하는 기판 지지 어셈블리가 제공된다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다양한 형태의 히터 시스템 및 기판 지지 어셈블리가 더 제공된다.
본 발명에 의하면, 방사 방향(radial) 및 방위 방향(azimuthal)으로 히터 배치 및 히터 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 정밀한 온도 제어가 이루어질 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 링 형상으로 배치되는 전력 라인 및 방사 형상으로 배치되는 전력 라인을 이용함으로써, 적은 수의 전력 라인으로 많은 수의 히터를 독립 제어할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리 개략적인 구조를 예시적인 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리의 다른 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템의 구조를 이용하여 온도를 제어하는 방식을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리의 다른 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템의 구조를 이용하여 온도를 제어하는 방식을 예시적으로 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
기판 지지 어셈블리(100)의 구조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리(100)의 개략적인 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리(100)는 반도체 기판(w)을 지지하고 그 기판(w)에 대하여 플라즈마 프로세싱을 수행하는 챔버(미도시됨)의 내부 볼륨에 배치되는 것일 수 있다. 또한, 여기서의 플라즈마 프로세싱은, 증착 프로세싱, 에칭 프로세싱, 어닐링 프로세싱, 표면 처리 프로세싱 등 플라즈마를 이용하여 수행할 수 있는 다양한 프로세싱을 포함하는 개념일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리(100)는 정전 클램핑층(110), 히터층(120) 및 냉각 플레이트(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 클램핑층(110)은 정전력(electrostatic force)을 이용하여 기판 지지 어셈블리(100)의 상부의 지지 표면(101)상에 기판(w)이 고정되도록 할 수 있다. 이와 같이, 그 지지 표면(101)상에 기판(w)을 고정시킴으로써, 기판 내 일부 영역간에 발생될 수 있는 온도 편차를 최소화하여 온도 분포를 고르게 할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리(100)의 상부의 지지 표면(101)은, 종래의 진공 척, 정전 척, 서셉터 또는 다른 워크피스(workpiece)의 지지 표면과 일부 유사할 수 있다.
구체적으로, 정전 클램핑층(110)은 모노폴라(mono-polar) 전극 또는 바이폴라(bi-polar) 전극 중 어느 하나의 정전 전극(111)이 배치되는 층을 포함하여 구성될 수 있으며, 그 정전 전극(111)에 고압의 정전압을 인가하여 발생되는 정전력으로 기판(w)을 기판 지지 어셈블리(100)의 상부의 지지 표면(101)상에 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 정전 클램핑층(110)은 절연층 또는 세라믹층(예를 들어, 알루미나)을 기반으로 구성되는 것일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터층(120)은 본 발명에 따른 히터 시스템(200)을 포함하여 구성될 수 있으며, 기판 지지 어셈블리(100)의 상부의 지지 표면(101)에 지지되는 기판(w)에 대하여 플라즈마 프로세싱(예를 들어, 에칭, 열 처리 등)을 수행하는데 필요한 온도를 제공하기 위한 가열을 수행할 수 있다.
구체적으로, 히터층(120)에 구성되는 히터 시스템(200)은, 기판이 지지되는 기판 지지 어셈블리(100)의 상부의 복수의 소정 구역(예를 들어, 히터 배치 등에 따라 기판 지지 어셈블리(100)의 상부 지지 표면(101)을 중심으로 특정될 수 있음)을 대상으로 독립적으로 온도 제어가 가능하고 방사 방향(radial) 또는 방위 방향(azimuthal)으로 배치되는 복수의 제1 히터(203) 및 그 복수의 제1 히터(203)에 공급되는 전력을 제어하기 위한 적어도 2개의 라인이 형성되는 층을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 히터층(120)은 복수의 제1 히터(203) 및 그 복수의 제1 히터(203)에 공급되는 전력을 제어하기 위한 적어도 2개의 라인이 1개의 층, 2개의 층(예를 들어, 복수의 제1 히터 및 제1 라인이 배치되는 제1 층 및 제2 라인이 배치되는 제2 층) 또는 3개의 층(예를 들어, 복수의 제1 히터가 배치되는 제1 층, 제1 라인이 배치되는 제2 층 및 제2 라인이 배치되는 제3 층)에 각각 또는 함께 배치될 수 있다. 또한, 위와 같은 제1 히터(203)는 저항성 히터, 세라믹 히터, 탄소 히터, 반도체 히터 등의 다양한 발열체로 구성될 수 있고, 위의 적어도 2개의 라인은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo) 등과 같은 낮은 저항률을 가진 재료로 구성될 수 있다. 한편, 복수의 제1 히터(203)와 적어도 2개의 라인이 배치되는 층은, 절연층을 기반으로 구성되는 층일 수 있으며, 제1 히터(203)에 의한 열전도율을 향상시키기 위한 금속층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터층(120)의 상부(도 2 참조) 또는 하부(도 1 참조)에는 앞서 살펴본 제1 히터(203)에 비하여 고전력(예를 들어, 제2 히터(126)의 전력은 100W 내지 10000W이고 앞서 살펴본 제1 히터(203)의 전력은 5W 내지 20W일 수 있음)이고 상대적으로 넓은 적어도 하나의 구역을 대상으로 독립적으로 온도 제어가 가능한 복수의 제2 히터(126)가 배치되는 다른 히터층(125)이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 위와 같은 제2 히터(126)는, 평균 온도 변화, 단계적 온도 제어 등을 위하여 이용되는 히터일 수 있으며, 종래의 메인 히터 및 서브 히터로 구분되는 히터 시스템에서의 메인 히터의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 위와 같은 제2 히터(126)는 저항성 히터, 세라믹 히터, 탄소 히터, 반도체 히터 등의 다양한 발열체로 구성될 수 있으며, 해당 층에서 소정의 패턴, 예를 들어, 나선형 형태, 동심원 형태, ㄹ 형태 등으로 배치될 수 있다. 한편, 복수의 제2 히터(126)가 배치되는 층(125)은, 복수의 제1 히터(203)가 배치되는 층(120)과 마찬가지로 절연층을 기반으로 하는 층일 수 있으며, 제2 히터(126)에 의한 열전도율을 향상시키기 위한 금속층을 더 포함할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 제1 히터(203) 및 제2 히터(126)의 종류가 위의 열거된 것에 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다른 종류의 발열체로 얼마든지 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
다음으로, 냉각 플레이트(130)는 히터층(120)의 하부(또는 다른 히터층(125)의 하부)에 배치될 수 있으며, 기판(w), 기판 지지 어셈블리(100)(예를 들어, 히터층(120)) 또는 프로세싱 챔버 내부의 온도를 제어하기 위한 냉각이 이루어지도록 할 수 있다.
구체적으로, 냉각 플레이트(130)에는 냉각을 위한 적어도 하나의 채널(131)이 형성되어 있을 수 있으며, 그 적어도 하나의 채널(131)을 통해 냉매가 공급됨에 따라 냉각이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이러한 냉매는 물, 에틸렌글리콜, 실리콘 오일, 액체 테플론, 물과 글리콜과의 혼합물 등으로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 냉각 플레이트(130)의 적어도 하나의 채널(131)은 위와 같은 냉매가 공급되는 것이 아니라 주변의 열을 흡수할 수 있는 냉각 소자(미도시됨)를 포함하여 구성될 수도 있으며, 그 냉각 소자에 공급되는 전력을 제어함으로써 냉각이 이루어질 수 있다.
한편, 냉각 플레이트(130)에는 정전 플레이트층(110) 또는 히터층(120)에 전력을 공급하기 위하여 서로 절연되는 적어도 하나의 도관(conduit) 또는 적어도 하나의 커넥터(connector)가 임베딩(embedding)될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리(100)는 플라즈마 프로세싱 동작을 제어하는 제어기(400)와 전기적으로 연결될 수 있고, 예를 들어, 이러한 제어기(400)는 플라즈마 프로세싱 동안에 기판 지지 어셈블리(100)의 가열 및 냉각 등을 제어할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(400)는 위와 같은 동작을 제어하기 위하여 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖출 수 있다.
이상에서는, 본 발명에 따른 히터 시스템(200)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(100)의 구조에 대하여 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템(200)의 구조를 자세히 살펴본다.
히터 시스템의 구조
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템(200)의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템(200)은, 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 배치되는 복수의 제1 전력 라인(201) 및 그 복수의 제1 전력 라인(201)을 중심으로 특정되는 적어도 하나의 기점(206)으로부터 방사 형상으로 배치되는 복수의 제2 전력 라인(202)과, 복수의 제1 전력 라인(201) 및 복수의 제2 전력 라인(202)과 전기적으로 연결되는 복수의 히터(203)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 복수의 제1 전력 라인(201) 및 복수의 제2 전력 라인(202)(또는 복수의 제2 전력 라인(202) 및 복수의 제1 전력 라인(201))은 전압 소스(미도시됨), 접지(미도시됨) 또는 플로팅(floating)(미도시됨)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 복수의 제1 전력 라인(201), 복수의 제2 전력 라인(202) 및 복수의 히터(203)는 모두 서로 다른 층(예를 들어, 절연층)에 배치되거나, 복수의 제1 전력 라인(201), 복수의 제2 전력 라인(202) 및 복수의 히터(203) 중 적어도 둘 이상이 서로 동일한 층(예를 들어, 절연층)에 배치될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제1 전력 라인(201)은, 서로 다른 직경의 링 형상으로 형성되어 동일 중심축(205)을 기준으로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 서로 다른 직경의 동일한 링 형상으로 형성되어 동일 중심축(205)을 중심으로 서로 동일한 간격으로 배치(예를 들어, 동심원을 나타내도록 배치)될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제2 전력 라인(202)은, 복수의 제1 전력 라인(201)을 중심으로 형성되는 적어도 하나의 기점(206)으로부터 각각 방사되는 방향으로 형성되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 전력 라인(201) 중 어느 두 제1 전력 라인(201) 사이에는, 복수의 제1 전력 라인(201)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 복수의 제2 전력 라인(202)의 기점(206)이 형성될 수 있고, 그 기점(206)으로 각각 방사되는 방향으로, (i) 복수의 제1 전력 라인(201) 중 가장 직경이 큰 제1 전력 라인(201)의 원주를 벗어난 소정의 지점 또는 (ii) 복수의 제1 전력 라인(201) 중 가장 직경이 큰 제1 전력 라인(201)의 원주와 두 번째로 직경이 큰 제1 전력 라인(201)의 원주 사이의 소정의 지점을 종점으로 하는 직선 형태의 복수의 제2 전력 라인(202)이 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 제1 전력 라인(201)의 중심을 기준으로 소정 기준(예를 들어, 동일 중심축을 기준으로 균등 분할(310))에 따라 복수의 제어 단위 영역(320a, 320b, 320c, 320d)이 특정될 수 있고, 그 특정되는 복수의 제어 단위 영역(320a, 320b, 320c, 320d)의 경계와 위의 복수의 제1 전력 라인(201)과의 교점을 중심으로 기점(206)이 서로 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 각 제어 단위 영역(320a, 320b, 320c, 320d)을 기준으로, 위의 기점(206)으로부터 각각 복수의 제1 전력 라인(201) 중 가장 직경이 큰 제1 전력 라인(201)의 원주를 벗어난 소정의 지점 또는 복수의 제1 전력 라인(201) 중 가장 직경이 큰 제1 전력 라인(201)의 원주와 두 번째로 직경이 큰 제1 전력 라인(201)의 원주 사이의 소정의 지점을 종점으로 하는 직선 형태의 제2 전력 라인이 각각 동일한 수로 형성되어 배치될 수 있으며, 그 동일한 수의 제2 전력 라인(202)은 각 제어 단위 영역(320a, 320b, 320c, 320d) 내에서 서로 평행하게 배치될 수 있다.
한편, 복수의 제1 전력 라인(201) 중 어느 두 제1 전력 라인(201) 사이에는 동일한 수의 제2 전력 라인(202)의 기점(206)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 첫 번째로 직경이 큰 제1 전력 라인(201)과 두 번째로 직경이 큰 제1 전력 라인(201) 사이에 형성되는 제2 전력 라인(202)의 기점의 수는 세 번째로 직경이 큰 링 형상의 제1 전력 라인(201)과 네 번째로 직경이 큰 링 형상의 제1 전력 라인(201) 사이에 형성되는 제2 전력 라인(202)의 기점의 수와 동일하게 형성될 수 있다.
다음으로, 복수의 히터(203)는 위의 복수의 제1 전력 라인(201) 중 하나의 제1 전력 라인 및 위의 복수의 제2 전력 라인(202) 중 하나의 제2 전력 라인으로 구성되는 전력 라인 쌍과 전기적으로 연결될 수 있으며, 각 히터(203) 간에는 서로 동일한 전력 라인 쌍이 공유되지 않도록 연결됨으로써, 각 히터(203)에 대하여 독립적인 온도 제어가 이루어질 수 있다.
예를 들어, 복수의 히터(203)는, 위의 복수의 제1 전력 라인(201) 각각을 따라 방위각 방향(또는 원주 방향) 또는 위의 복수의 제2 전력 라인(202) 각각을 따라 방사상 방향으로 배치되며, 그 배치된 위치를 중심으로 인접한 제1 전력 라인(201) 및 제2 전력 라인(202)(즉, 전력 라인 쌍)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 전력 라인(201)을 따라 방위각 방향(또는 원주 방향)으로 배치되는 히터(203) 사이에는 서로 간격이 동일하게 배치될 수 있으며, 그 제1 전력 라인(201)의 직경이 커질수록 해당 제1 전력 라인(201)을 따라 배치되는 히터(203)의 수가 많게 배치될 수 있다. 또한, 제2 전력 라인(202)을 따라 방사상 방향으로 배치되는 히터(203)의 수는 서로 동일하게 배치될 수 있다.
이상에서는, 제1 전력 라인(201) 3개 및 제2 전력 라인(202) 28개를 이용하여 60개의 히터를 제어하는 도면을 중심으로 살펴보았다. 하지만, 본 발명에 따른 제1 전력 라인(201), 제2 전력 라인(202) 및 히터(203)의 수가 위의 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 시스템(200)의 다른 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는, 4개의 제어 단위 영역으로 구분되고 4개의 제1 전력 라인(201)과 36개의 제2 전력 라인(202)를 이용하여 96개의 히터를 제어하는 예시이며, 도 5의 (b)는 4개의 제어 단위 영역으로 구분되고 5개의 제1 전력 라인(201)과 44개의 제2 전력 라인(202)를 이용하여 140개의 히터를 제어하는 예시일 수 있다(제1 전력 라인(201)의 각각에는 전력이 공급되는 적어도 하나의 콘택 포인트가 존재(예를 도 5의 ●가 표시된 위치에 존재)할 수 있음). 즉, 위의 4개의 제어 단위 영역을 기준으로 제1 전력 라인(201)의 수 n개(여기서, n은 정수) 및 제2 전력 라인(202)의 수 8n+4개를 이용하여(즉, 전력 라인의 수 9n+4개를 이용하여) 4n2+8n개의 히터(203)를 제어할 수 있게 된다. 따라서, 전력 라인의 수의 제곱에 비례하여 제어 가능한 히터의 수가 증가하게 되므로 적은 수의 전력 라인으로 많은 수의 히터를 제어할 수 있게 된다. 나아가, 제어 가능한 히터 수 대비 필요한 전력 라인의 수가 줄어들게 되므로 빠른 제어(예를 들어, 공급 전력 제어를 위한 빠른 스위칭)가 가능하게 되며 각 히터에 대한 온도 상승에 소요되는 시간을 충분히 제공할 수 있게 되므로, 온도 제어를 빠르고 정확하게 수행할 수 있게 된다. 또한, 전력 라인을 따라 방사상 또는 방위각 방향으로 히터가 배열 및 제어되므로, 설계 복잡도를 낮추어 제작 및 유지 보수가 용이하고 방사상 또는 방위각(azimuthal)을 기반으로 정밀한 온도 제어가 가능하게 된다.
이상에서는, 본 발명에 따른 히터 시스템(200)의 구조에 대하여 자세히 살펴보았다. 이하에서는, 위와 같은 따른 히터 시스템(200)의 구조를 기반으로 온도를 제어하는 방식을 살펴본다.
히터 시스템의 온도 제어 방식
도 6을 참조하면, 3개의 제1 전력 라인(201), 28개의 제2 전력 라인(202) 및 60개의 히터(H1 내지 H60)이 배치되고, 제1 전력 라인(201)은 제1 스위치(SW 1_1, SW 1_2, SW 1_3)와 각각 전기적으로 연결되며, 제2 전력 라인(202)은 제2 스위치(SW A_1, SW A_2, SW A_3, SW A_4, SW A_5, SW A_6, SW A_7, SW B_1, SW B_2 …… , SW B_7, SW C_1, SW C_2 …… , SW C_7, SW D_1, SW D_2 …… , SW D_7; 여기서 A, B, C, D는 제어 단위 영역을 의미할 수 있음)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 이러한 제1 스위치(SW 1_1, SW 1_2, SW 1_3)와 제2 스위치(SW A_1 …… , SW D_7)는 히터 제어를 위한 소정의 제어기(미도시됨)에서 제공되는 스위치 제어 신호(SW_sig)에 의하여 제어될 수 있다. 또한, 각각의 히터(H1 내지 H60)는 제1 스위치(SW_1, SW_2, SW_3, SW_4) 및 제2 스위치(SW A_1 …… , SW D_7)에 의해서 전압 소스, 접지 또는 플로팅(floating)과 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 스위치 제어 신호(SW_sig_1)에 의하여 제1 스위치(SW_1_1)가 턴 온되고, 제2 스위치 제어 신호(SW_sig_2)에 의하여 제2 스위치(SW_A_3)가 턴 온되는 경우를 가정해 볼 수 있다. 즉, 제1 스위치(SW_1_1)가 턴 온되면, 해당 제1 전력 라인(201a)에 연결되는 히터(H49 내지 H60)의 일 단에는 전력 공급이 이루어지고, 그 제1 스위치(SW_1_1)가 턴 온되는 동안에, 제2 스위치(SW_A_3)가 턴 온되면, 해당 제2 전력 라인(202a)에 연결되는 히터(H3, H30, H49)의 일 단에 접지가 연결될 수 있으므로, 위의 전력 공급 및 접지가 양 단에 연결되는 히터(H49)에서 가열이 이루어질 수 있게 된다. 즉, 위와 같이 제1 스위치(SW 1_1, SW 1_2, SW 1_3) 및 제2 스위치(SW A_1 …… , SW D_7)를 구성하는 스위치의 턴 온 시간을 제어함으로써, 히터(H1 내지 H60) 각각에 대한 온도 제어가 가능하게 된다. 또한, 제1 스위치(SW 1_1, SW 1_2, SW 1_3) 및 제2 스위치(SW A_1 …… , SW D_7)의 조합에 따라 각각의 히터에서 소모되는 전력을 참조하여, 복수의 구역에 대하여 원하는 온도 프로 파일(또는 타깃 온도)로 조절하기 위한 제1 스위치(SW 1_1, SW 1_2, SW 1_3) 및 제2 스위치의 턴 온 시간이 특정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 앞서 살펴본 연결 방식 외에도 위의 제2 전력 라인에 연결되는 제2 스위치(SW A_1 …… , SW D_7)에 전력 소스가 전기적으로 연결되고, 제1 전력 라인에 연결되는 제1 스위치(SW 1_1, SW 1_2, SW 1_3)에 접지가 전기적으로 연결될 수도 있다. 나아가, 전력 소스, 접지 및 플로팅(floating)이 선택적으로 연결될 수 있는 스위치가 각각의 전력 라인에 전기적으로 연결되고 그 스위치를 제어함으로써, 앞서 살펴본 방식과 유사하게 각각의 히터가 제어될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 전력 제공 방식이 앞서 살펴본 스위치를 이용한 제어 방식에 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 펄스 전압을 이용한 제어 방식 등으로 다양하게 변형될 수 있다.
도 7을 참조하면, 3개의 제1 전력 라인(201), 28개의 제2 전력 라인(202) 및 60개의 히터(H1 내지 H60)이 배치되고, 제1 전력 라인(201)에는 전압 소스로부터 각각 소정 듀티 타임(duty time)에 따른 펄스 전압(PV 1_1, PV 1_2, PV 1_3)이 제공될 수 있고, 제2 전력 라인(202)에는 전압 소스로부터 각각 소정 듀티 타임(duty time)에 따른 펄스 전압(PV A_1, PV A_2, PV A_3, PV A_4, PV A_5, PV A_6, PV A_7, PV B_1, PV B_2 …… , PV B_7, PV C_1, PV C_2 …… , PV C_7, PV D_1, PV D_2 …… , PV D_7; 여기서 A, B, C, D는 제어 단위 영역을 의미할 수 있음)이 제공될 수 있다. 또한, 이러한 제1 전력 라인(201) 및 제2 전력 라인(202)에 각각 공급되는 펄스 전압(PV 1_1, PV 1_2, PV 1_3, PV A_1 …… , PV D_7)의 듀티 타임은 히터 제어를 위한 소정의 제어기(미도시됨)에 의하여 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 전력 라인(201a, 201b, 201c)에 소정 듀티 타임으로 펄스 전압(PV 1_1, PV 1_2, PV 1_3)이 순차적으로 제공되고, 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)에 소정 듀티 타임으로 펄스 전압(PV 1_1 …… , PV D_7)이 순차적으로 제공되는 경우를 가정해 볼 수 있다. 즉, 제1 전력 라인(201a, 201b, 201c)에 소정 듀티 타임으로 펄스 전압(PV 1_1 …… , PV D_7)이 제공되면, 해당 제1 전력 라인(201a, 201b, 201c)와 연결되는 히터(H1 내지 H60) 각각의 일 단에는 해당 듀티 타임에 대응하여 접지(또는 0V), 소정 전압 및 접지가 순차적으로 공급될 수 있다. 또한, 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)에 소정 듀티 타임으로 펄스 전압(PV 1_1 …… , PV D_7)이 제공되면, 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)과 연결되는 히터(H1 내지 H60) 각각의 일단에는 해당 듀티 타임에 대응하여 접지, 소정 전압 및 접지가 순차적으로 공급될 수 있다. 이 경우에, 위의 제1 전력 라인(201a, 201b, 201c) 및 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)에 제공되는 펄스 전압(PV 1_1, PV 1_2, PV 1_3, PV 1_1, …… , PV D_7)에 의해 각 히터에 전압차가 발생(예를 들어, 각 히터의 일 단에 전력 소스가 공급되고 그 타 단에 접지가 연결되는 동안 전압차가 발생)되고 그 전압차가 발생되는 동안에 전류가 흘러 가열이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 이상에서 살펴본 제1 전력 라인(201)에 제공되는 펄스 전압 및 제2 전력 라인(202)에 제공되는 펄스 전압은, 시분할 멀티플렉싱(time division multiplexing) 방식에 의해, 각 히터를 대상으로 순차적으로 타겟 평균 전력이 공급되거나, 복수의 히터를 대상으로 타겟 평균 전력이 공급될 수 있다. 한편, 이러한 제어 방식은 앞서 살펴본 스위치 방식에도 적용될 수도 있다.
예를 들어, 먼저, 제1 전력 라인(201a)에 소정 듀티 타임(이러한 듀티 타임은, 각 히터를 타겟 온도로 제어하기 위하여 제어기에 의해 기산출될 수 있음)으로 소정 펄스 전압이 제공되는 동안(이 경우에, 다른 제1 전력 라인(201b, 201c)에는 펄스 전압이 제공되지 않을 수 있음)에, 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)에 소정 듀티 타임(이러한 듀티 타임은, 각 히터를 타겟 온도로 제어하기 위하여 제어기에 의해 기산출될 수 있음)으로 시분할되어 펄스 전압이 제공되면, 해당 제1 전력 라인(201a)와 전기적으로 연결된 복수의 히터(H49 내지 H60)에는 위의 시분할되는 듀티 타임에 대응하여 각각 또는 동시에 가열이 이루어질 수 있게 된다. 그 다음에, 제1 전력 라인(201b)에 소정 듀티 타임(이러한 듀티 타임은, 각 히터를 타겟 온도로 제어하기 위하여 제어기에 의해 기산출될 수 있음)으로 소정 펄스 전압이 제공되는 동안(이 경우에, 다른 제1 전력 라인(201a, 201c)에는 펄스 전압이 제공되지 않을 수 있음)에, 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)에 소정 듀티 타임(이러한 듀티 타임은, 각 히터를 타겟 온도로 제어하기 위하여 제어기에 의해 기산출될 수 있음)으로 시분할되어 펄스 전압이 제공되면, 해당 제1 전력 라인(201b)와 전기적으로 연결된 복수의 히터(H29 내지 H48)에는 위의 시분할되는 듀티 타임에 대응하여 각각 또는 동시에 가열이 이루어질 수 있게 된다. 그 다음에, 다른 제1 전력 라인(201c)에 대하여도 위의 과정이 반복적으로 수행됨에 따라 모든 히터(H1 내지 H60)을 대상으로 온도 제어가 가능하게 된다.
다른 예를 들어, 제1 전력 라인(201a, 201b)에 소정 듀티 타임(이러한 듀티 타임은, 각 히터를 타겟 온도로 제어하기 위하여 제어기에 의해 기산출될 수 있음)으로 소정 펄스 전압이 제공되는 동안(이 경우에, 다른 제1 전력 라인(201c)에는 펄스 전압이 제공되지 않을 수 있음)에, 제2 전력 라인(202A, 202B, 202C …… , 202a, 202b)에 소정 듀티 타임(이러한 듀티 타임은, 각 히터를 타겟 온도로 제어하기 위하여 제어기에 의해 기산출될 수 있음)으로 시분할되어 펄스 전압이 제공되면, 해당 제1 전력 라인(201a, 201b)와 전기적으로 연결된 복수의 히터(H29 내지 H60)에는 위의 시분할되는 듀티 타임에 대응하여 각각 또는 동시에 가열이 이루어질 수 있게 된다. 그 다음에, 다른 제1 전력 라인(201c)에 대하여도 위의 과정이 반복적으로 수행됨에 따라 모든 히터(H1 내지 H60)을 대상으로 온도 제어가 가능하게 된다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD_ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기_광 매체(magneto_optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 기판 지지 어셈블리
110: 정전 클램핑층
120: 히터층
130: 냉각 플레이트
201: 제1 전력 라인
202: 제2 전력 라인
203: 히터
110: 정전 클램핑층
120: 히터층
130: 냉각 플레이트
201: 제1 전력 라인
202: 제2 전력 라인
203: 히터
Claims (18)
- 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템으로서,
서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 배치되는 복수의 제1 전력 라인,
상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 형성되는 적어도 하나의 기점으로부터 방사 형상으로 배치되는 복수의 제2 전력 라인, 및
상기 복수의 제1 전력 라인 중 하나의 제1 전력 라인 및 상기 복수의 제2 전력 라인 중 하나의 제2 전력 라인으로 구성되는 전력 라인 쌍과 전기적으로 연결되고, 서로 동일한 전력 라인 쌍을 공유하지 않는 복수의 히터를 포함하는
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인은, 동일 중심축을 기준으로 동일 간격으로 배치되는
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전력 라인의 수보다 상기 제2 전력 라인의 수가 더 많은
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인 중 어느 두 제1 전력 라인 사이에는 동일한 수의 상기 기점이 형성되는
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 히터는, 상기 복수의 제1 전력 라인 각각을 따라 방위각 방향으로 배치되는
히터 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 방위각 방향을 따라 배치되는 복수의 히터 사이의 간격은 서로 동일한
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 히터는, 상기 복수의 제2 전력 라인 각각을 따라 방사 방향으로 배치되는
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 특정되는 복수의 제어 단위 영역 내에는 동일한 수의 제2 전력 라인 및 동일한 수의 히터가 배치되고,
각 제어 단위 영역 내에서 상기 복수의 제2 전력 라인은 서로 평행한
히터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 특정되는 복수의 제어 단위 영역의 경계와 상기 복수의 제1 전력 라인과의 교점을 중심으로 상기 복수의 제2 전력 라인이 대칭으로 배치되는
히터 시스템. - 다구역 온도 제어를 위한 기판 지지 어셈블리로서,
정전 클램핑층,
히터 시스템을 포함하는 히터층, 및
냉각 플레이트를 포함하고,
상기 히터 시스템은,
서로 다른 직경을 갖는 링 형상의 복수의 제1 전력 라인,
상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 형성되는 적어도 하나의 기점으로 하여 방사 형상으로 배치되는 복수의 제2 전력 라인, 및
상기 복수의 제1 전력 라인 중 하나의 제1 전력 라인 및 상기 복수의 제2 전력 라인 중 하나의 제2 전력 라인으로 구성되는 전력 라인 쌍과 전기적으로 연결되고, 서로 동일한 전력 라인 쌍을 공유하지 않는 복수의 히터를 포함하는
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인은, 동일 중심축을 기준으로 동일 간격으로 배치되는
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 제1 전력 라인의 수보다 상기 제2 전력 라인의 수가 더 많은
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인 중 어느 두 제1 전력 라인 사이에는 동일한 수의 상기 기점이 형성되는
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 히터는, 상기 복수의 제1 전력 라인 각각을 따라 방위각 방향으로 배치되는
기판 지지 어셈블리. - 제14항에 있어서,
상기 방위각 방향을 따라 배치되는 복수의 히터 사이의 간격은 서로 동일한
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 히터는, 상기 복수의 제2 전력 라인 각각을 따라 방사 방향으로 배치되는
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 특정되는 복수의 제어 단위 영역 내에는 동일한 수의 제2 전력 라인 및 동일한 수의 히터가 배치되고,
각 제어 단위 영역 내에서 상기 복수의 제2 전력 라인은 서로 평행한
기판 지지 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 제1 전력 라인을 중심으로 특정되는 복수의 제어 단위 영역의 경계와 상기 복수의 제1 전력 라인과의 교점을 중심으로 상기 복수의 제2 전력 라인이 대칭으로 배치되는
기판 지지 어셈블리.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200054802A KR102440417B1 (ko) | 2020-05-07 | 2020-05-07 | 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템 및 그 히터 시스템을 포함하는 기판 지지 어셈블리 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200054802A KR102440417B1 (ko) | 2020-05-07 | 2020-05-07 | 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템 및 그 히터 시스템을 포함하는 기판 지지 어셈블리 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210136489A KR20210136489A (ko) | 2021-11-17 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200054802A KR102440417B1 (ko) | 2020-05-07 | 2020-05-07 | 다구역 온도 제어를 위한 히터 시스템 및 그 히터 시스템을 포함하는 기판 지지 어셈블리 |
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Citations (3)
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| JP2019149434A (ja) | 2018-02-27 | 2019-09-05 | 日本特殊陶業株式会社 | 保持装置 |
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| CN106920768A (zh) | 2015-12-24 | 2017-07-04 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 多区主动矩阵温控系统和温控方法及其适用的静电吸盘和等离子处理装置 |
| KR102513443B1 (ko) * | 2016-03-15 | 2023-03-24 | 삼성전자주식회사 | 정전 척 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 |
-
2020
- 2020-05-07 KR KR1020200054802A patent/KR102440417B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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