KR20000071410A - 기판 지지대 내의 열구배를 감소시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

기판 지지대 내의 열구배를 감소시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20000071410A
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Abstract

세라믹 웨이퍼 지지 페데스탈과 같은 기판 지지대 내의 열구배를 감소시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 특히, 본 발명은 세라믹 페데스탈에 내장된 저항성 히터에 인가되는 전력의 양을 제한하는 히터 제어기이다. 히터 제어기는 다른 하나의 지역에 대하여 하나 이상의 지역에 인가되는 전력의 양을 제한하기 위한 필수 회로를 포함한다. 또한, 히터 제어기는 히터 제어기와 가열될 지역 사이의 와이어의 오류 또는 비접속을 탐지하는 필수 회로를 포함한다.

Description

기판 지지대 내의 열구배를 감소시키기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING THERMAL GRADIENTS WITHIN A SUBSTRATE SUPPORT}
본 발명은 반도체 웨이퍼 가공설비에 관한 것이며, 특히 페데스탈 내의 저항성 히터에 인가되는 전력 또는 전류를 제어함으로써 세라믹 웨이퍼 지지 페데스탈과 같은 기판 지지대 내의 열구배를 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 가공 시스템의 가공 챔버 내에서, 반도체 웨이퍼는 가공 동안에 통상적으로 기판 지지대 또는 페데스탈에 의해 지지된다. 웨이퍼의 가공을 용이하게 하기 위하여 매우 많은 시스템에서는 페데스탈이 하나 이상의 가공 단계 동안 웨이퍼 온도를 상승시키도록 가열된다. 웨이퍼로의 열전달을 용이하게 하도록, 페데스탈은 세라믹 물질로 제조되고 히터는 세라믹에 내장되는 저항성 히터로 구성된다. 일반적으로 히터 소자는 텅스텐과 같은 물질로 제조된 금속층 또는 저항성 와이어 코일이다. 전류가 이러한 와이어나 층에 인가될 때, 히터 소자는 세라믹을 통해 웨이퍼로 전도되는 열을 발생시킨다.
히터 소자의 저항은 전류가 히터 소자에 인가되고 히터 소자의 온도가 상승할 때 변경된다. 히터 소자의 저항은 세 가지 이상의 요인에 의해 변경될 수 있다. 결국, 히터에 의해 인가되는 전력은 히터 소자가 상온에 있을 때 (상온에서 약 6 ohms의 비교적 낮은 저항력) 예컨대 2400 watts로부터 히터 소자가 작동 온도에 있을 때 (550℃에서 약 18 ohms의 비교적 높은 저항력) 예컨대 800 watts까지 변경된다. 냉각된 상태에 있을 때 히터 소자에 인가되는 그러한 큰 양의 전력은 페데스탈의 세라믹 내부에 열구배를 형성한다. 그러한 열구배는 궁극적으로 페데스탈을 쓸모 없게 만드는 세라믹 내의 균열을 야기시킨다.
히터 소자의 저항치가 적절한 작동 범위 내에 있는지 결정하기 위하여 200 mm 직경의 페데스탈(현재 산업 표준임)을 개별적으로 검사하는 것이 통상적이다. 예를 들어, 저항치가 너무 낮다면 페데스탈에 전달되는 전력은 가공 시스템의 성능의 10 amp 제한을 초과하게 된다. 저항치가 너무 높다면, 페데스탈에 인가되는 전력은 바람직한 작동 대역(약 550℃)으로 페데스탈의 온도를 상승시키는데 충분하지 못하게 된다. 다음 세대의 웨이퍼 및 이에 상응하는 페데스탈 조립체는 약 300 mm 직경에 이르게될 것이다. 그러한 페데스탈의 직경의 증가는 히터 저항 오차를 더욱 제어하기 어렵게 만든다. 예를 들면, 300 mm 페데스탈의 에지에서의 복사열 손실은 300 mm 웨이퍼의 적절한 생산량 및 가공을 보장하기 위하여 상응하는 200 mm 페데스탈 내에서보다 훨씬 큰 비율로 보충되어야만 한다.
본 발명의 목적은 세라믹 페데스탈 내의 열구배를 감소시키고 세라믹 페데스탈 내의 저항성 히터에 인가되는 전력 또는 전류의 양을 제어함으로써 대형 페데스탈(300 mm)의 복사열 손실을 보상하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 히터 제어기에 접속되는 저항성 히터를 내장하는 세라믹 페데스탈의 단면도이고,
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취한 저항성 히터의 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 히터로 공급되는 전력 및 전류를 제어하기 위한 시스템의 개략도이고,
도 4는 본 발명에 따라서 제어되는 저항성 히터에 대한 전력 대 온도의 그래프이고,
도 5는 본 발명의 시스템을 제어하기 위한 시스템 제어기의 상세도이고, 그리고
도 6은 본 발명에 따른 전력 및 전류를 제어하기 위한 방법의 일련의 단계를 도시한 도면이다.
이해를 돕기 위하여, 도면 내에서 공통의 부재를 나타내는데 에는 가능한 동일한 도면부호를 사용하였다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 페데스탈 조립체 102 : 세라믹 페데스탈
104 : 온도 제어기 106 : 히터 제어기
108 : 정전기 척 제어기 1101, 1102: 전극
112 : 히터 114 : 와이어
116 : 웨이퍼 118 : 상면
120 : 접속 라인
전술한 종래 기술과 관련된 단점들은 세라믹 페데스탈 내의 열구배를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 극복된다. 특히, 본 발명은 상기 페데스탈 내의 하나 이상의 코일인 저항성 히터에 인가되는 전력 또는 전류의 양을 제한하는 히터 제어기와 관련된다. 이러한 히터 제어기는 페데스탈 내의 하나 이상의 지역에 제공되는 전력의 양을 제어하기 위한 지역 비례 제어 회로를 갖춘 지역 제어 모듈을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 지역 각각은 상기 하나 이상의 코일에 상응한다. 또한 이 장치는 와이어 탐지 회로를 갖춘 위상각 제어 모듈을 구비한다. 와이어 탐지 회로는 히터 제어기와 히터 사이의 전력 전달의 상태를 탐지한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 지역을 갖춘 기판 지지 페데스탈 내의 열구배를 감소시키는 방법을 포함한다. 상기 방법은, (a) 상기 기판 지지 페데스탈의 균일한 열 상승을 위하여 상기 하나 이상의 지역 모두에 동일한 양의 전력을 인가하는 단계와, (b) 상기 하나 이상의 지역에 전달되는 전력 수준을 점검하는 단계와, (c) 소정의 설정점에 도달할 때까지 기판 지지 페데스탈을 열상승시키는 단계와, (d) 상기 설정점에 도달할 때에 상기 하나 이상의 지역 중의 하나에 원래 양의 전력을 유지하고 상기 지역 중 나머지 중의 적어도 한 지역에 비교적 작은 전력을 인가하는 단계를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 100 % 전력이 기판 지지 페데스탈의 제 1 외측 지역에 인가되고, 상기 전력의 50 %가 상기 기판 지지 페데스탈의 제 2 내측 지역에 인가된다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 가공 챔버 내에서 반도체 웨이퍼 가공에 사용되는 정전기 척과 같은 세라믹 기판 지지대의 수명을 연장시키고 보다 양호한 제어를 제공한다. 균일한 열상승은 세라믹 재료의 균열의 가능성을 감소시키고, 지역별 제어는 웨이퍼 가공 동안에 발생하는 열 손실을 보상한다.
도 1은 히터 제어기(106), 온도 제어기(PID)(104), 선택적 정전기 척 제어기(108)에 접속되는 세라믹 페데스탈(102)을 내장하는 세라믹 페데스탈 조립체(100)의 단면도이다. 세라믹 페데스탈(102)은 웨이퍼(116)를 지지하기 위한 상면(118)을 갖는다. 도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취한 세라믹 페데스탈 조립체(100)의 단면도이다. 본 발명의 이해를 위해서는 도 1과 도 2를 동시에 참조하는 것이 바람직하다.
세라믹 페데스탈 조립체(100)는 저항성 히터(112)를 내장한다. 히터(112)는 페데스탈 조립체의 하나 이상의 지역을 가열하기 위하여 텅스텐과 같은 저항성 재료로 구성된 하나 이상의 코일 또는 금속층을 포함한다. 바람직하게는, 하나의 코일이 페데스탈 조립체의 각각의 지역에 상응한다. 전류가 히터(112)에 인가될 깨, 히터(112)의 특유 저항이 열을 발생시켜 히터(112) 주변의 세라믹을 가열시키고, 궁극적으로 세라믹 페데스탈(102)에 의해 지지되는 웨이퍼(116)를 가열시킨다. 히터(112)는 전기적 신호가 소자에 인가될 때 자체 온도가 상승되는 어떠한 종류의 소자이어도 상관이 없다. 히터(112)에 공급되는 전력은 히터 제어기(106)로부터 전기 접속부(예컨대 와이어; 114)를 통해 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 히터는 세라믹 페데스탈 조립체(100)의 외측 지역(208)에서 제 1 코일(204)을 가지며, 세라믹 페데스탈 조립체(100)의 내측 지역(210)에서 제 2 코일(206)을 갖는다. 점선은 내측 지역과 외측 지역 사이의 경계를 도시한다.
도 1에 도시된 온도 제어기(104)는 열전쌍(118)을 사용하여 세라믹 페데스탈(102)의 온도를 제어한다. 하나 이상의 열전쌍 신호(T1)는 접속 라인(120)을 통해 온도 제어기(104)로 전송된다. 제어 신호(S1)는 열전쌍 신호(T1)에 응답하여 온도 제어기(104)에 의해 발생된다. 제어 신호(S1)는 일반적으로 0 내지 10 볼트의 범위 내의 볼트이다. 신호(S1)의 특정 크기는 세라믹 페데스탈(102)을 위한 희망 온도를 달성하는데 필요한 전력 또는 전류의 양을 나타낸다. 이러한 수치는 페데스탈의 온도가 희망 값을 달성할 때 온도의 상승 및/또는 과열을 피하도록 통상적인 PID 알고리즘을 사용하여 역학적으로 조절된다. 본 발명에 따라서, 히터 제어기(106)는 신호(S1)를 처리하고 와이어(114)를 통해 저항성 히터(112)로 연결되는 전력 또는 전류의 양을 제한한다.
비록 웨이퍼(116)가 주변의 기계적 클램프, 진공 클램프, 중력 등을 포함하는 다양한 방법으로 세라믹 페데스탈(102)의 상면(118)에 체결될 수도 있지만, 정적기 척이 세라믹 페데스탈(102)의 상면(118)에 웨이퍼(116)를 체결하는 것이 용이하다. 정전기 척을 사용하는 것이 웨이퍼로부터 페데스탈로의 균일한 열전달을 용이하게 함을 물론, 웨이퍼 안정도를 향상시키고, 입자 발생을 감소시킨다. 이러한 선택적 정전기 척이 정전기 척 제어기(108)에 연결되는 동면 전극(1101및 1102)을 갖는 것으로 점선으로 도시되었다. 정전기 척 제어기(108)는 전극 사이에 자기장을 발생시키는 동일 및 대향 극성 볼트를 각각의 전극에 인가한다. 상기 자기장은 반도체 웨이퍼(116)를 통해 연결되어, 웨이퍼(116)의 하면에 전하가 축적되고 대향 전하가 전극(1101및 1102)상에 축적되어, 전하 사이의 정전기력이 세라믹 페데스탈(102)의 상면(118) 상에 반도체 웨이퍼(116)를 유지시킨다. 비록 쌍극 정전기 척이 도시되었지만, 단극을 갖춘 단극 구조, 어떠한 형태의 정전기 척도 다수의 전극을 갖춘 상호 맞물림 구조 등을 포함하는 본 발명에 사용될 수도 있다. 척은 교류 또는 직류 전압에 의해 전력공급을 받을 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 페데스탈 조립체(100)의 온도, 전류 및 전력을 제어하기 위한 시스템(300)의 개략도이다. 시스템(300)은 시스템 제어기(302), 온도 제어기(104), 히터 제어기(106) 및 페데스탈 조립체(100)를 포함한다. 특히, 시스템 제어기(302)는 시스템의 전체 작동을 제어하기 위한 히터 제어기(106) 및 온도 제어기(104)에 접속되는 컴퓨터 또는 이와 유사한 처리장치이다. 전술한 바와 같이, 온도 제어기(104)는 열전쌍(118) 및 접속 라인(120)을 통해 페데스탈 조립체(100)에 접속된다.
마찬가지로, 히터 제어기(106)는 히터(112)에 접속된다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 두 개의 히터 코일은 히터(112)로 구성된다. 제 1 코일(204)은 페데스탈 조립체(100)의 외측 지역(208)을 가열하고, 제 2 코일(206)은 페데스탈 조립체(100)의 내측 지역(210)을 가열한다. 각각의 코일은 각각 히터 제어기(106)에 접속되는 독립 세트의 와이어(1141및 1142)에 접속된다. 또한, 전력 소스(312)가 히터 제어기(106)에 접속된다. 바람직하게, 전력 소스(312)는 히터 제어기(106)로 적어도 2상 전력을 전달할 수 있는 120/200 VAC이다. 특히, 제 1 전력 소스 라인(308)은 히터 제어기(106)에 제 1 위상 AC 전력을 제공하고, 제 2 전력 소스 라인(310)은 히터 제어기(106)에 제 2 위상 AC 전력을 제공한다.
전류 및/또는 전력을 가져야 하는 지역, 전류 및/또는 전력의 비례 지력 제어, 전력 소스(312)에 의해 공급되는 전력의 위상각 제어, 및 히터 제어기(106)로부터 히터(112)에 접속되는 와이어의 부적당함 또는 오류의 탐지를 위하여, 히터 제어기(106)는 페데스탈 조립체에 제공되는 전류 및/또는 전력의 양을 제한하기 위한 회로를 갖는다. 특히, 지역 제어 모듈(318)은 온도 제어기(104)로부터 제어 신호(S1)를 수신한다. 그 다음에, 지역 제어 모듈(318)은 얼만큼의 전력이 히터(112)에 제공되어야하는지를 결정한다. 예를 들면, 새로운 공정 루틴의 시작을 위하여, 제어 신호(S1)는 히터의 최대 전력 개시가 요구됨을 나타내는 정보를 전달한다. 지역 제어 모듈(318)은 희망 개시 작동 온도(즉, 550 ℃)로 자체 온도를 상승시키도록 페데스탈 조립체(100)에 충분한 전력 및 전류를 제공하기 위하여 각각 지역 제어 신호(Zo+ Zi)를 갖는 외측 지역 제어 라인(320) 및 내측 지역 라인(322)을 제공할 수 있다. 내측 지역 라인(322) 및 외측 지역 제어 라인(320)을 따라서 제공되는 신호(Zi+ Zo)는 위상각 제어 모듈(324)로 전달된다. 위상각 제어 모듈(324)은 점화각 제어 신호의 기간을 변경하여, 와이어(114)로 결국 제공되는 전압, 전류 및 전력을 변경시키는데 필요한 회로를 포함한다. 적절한 위상각 제어 신호 모듈 및 내부 회로에 대한 상세한 설명은 1997년 11월 6일 출원된 미국특허출원 제 08/965,369호에 개시되어 있다. 비록 회로 및 특정 위상각 제어기가 단일 코일 히터에 사용하기 위해 기술되었지만, 제어기는 본 발명에 개시된 바와 같은 두 개의 코일(204 및 206) 및 히터 내부의 임의의 수의 코일을 제어하는데 적합할 수 있다. 위상각 제어 신호가 처리된 후에, 적절한 전류, 전압 및 전력이 와이어(1141및 1142)를 통해 히터(112)로 제공된다.
또한, 히터 제어기(318)는 와이어 탐지 회로(326)를 갖는다. 와이어 탐지 회로(326)는 경고 제어 라인(316)을 통해 지역 제어 모듈(318) 및 위상각 제어 모듈(324)에 접속된다. 와이어 탐지 회로(326)는 히터(112)의 외측 지역 코일(204) 및 내측 지역 코일(206)에 적절하게 접속되도록 보장하도록 와이어(1141및 1142)의 상태를 평가하는 필수 회로를 포함한다. 따라서, 시스템(300)은 히터 제어기(106)와 히터(112) 사이의 접속부의 파괴 또는 오류를 탐지할 수 있다. 또한, 시스템(300)은 전력이 히터 제어기(106)로부터 히터(112)로 제공될 때 임의의 한 지역 또는 전체 지역 내에 전력의 급작스런 손실이 있는지 또는 필요치 않을 때 (즉, 단락의 결과에 의해) 전력이 하나 이상의 지역에 인가되는지를 탐지할 수 있다. 전력이 없거나, 단락, 개방 또는 다른 회로 장애, 또는 히터 제어기(106)와 히터(112) 사이의 역전된 지역 접속 상태가 있음을 와이어 탐지 회로(326)가 결정해야 하므로, 경고 신호(W1)가 경고 제어 라인(316)을 따라서 와이어 탐지 회로(326)로부터 지역 제어 모듈(318)로 제공된다. 따라서, 지역 제어 모듈(318)은 손상을 방지하도록 히터(112)로 공급되는 모든 전력을 차단한다.
또한, 지역 제어 모듈(318)은 각각의 지역에 제공되는 전력 및 전류의 양을 비례적으로 제어하도록 추가의 부품을 포함한다. 특히, 지역 비례 제어 모듈(328)은 다른 지역에 관하여 하나의 지역에 제공되는 전력을 변경하도록 필수 회로를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 지역 비례 제어 모듈(328)은 외측 코일(204)에 히터 제어기(106)의 출력 전력의 100 %를 제공하고, 외측 코일(204)에 대하여는 내측 코일(206)에 제공되는 전력을 비례적으로 감소시킨다. 그러한 제어가 설정되고, 유지되며 변경 전위차계(330)에 의해 필요한 만큼 변경된다. 전위차계(330)는 수동 제어 또는 시스템 제어기(302)를 통한 제어를 포함하는 다양한 수단에 의해 제어될 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 작동시, 히터는 각각 내측 및 외측 지역(210 밑 208)으로 최대 전력을 제공하는 제어 신호(S1)의 결과에 따라 희망 초기 온도까지 페데스탈 조립체(100)를 가열하는 한편, 온도의 판단은 열전쌍(118) 및 접속 라인(120)에 의해 온도 제어기(104)로 제공된다. 적절한 시점에, 온도 제어기(104)는 히터 제어기(106)로 설정점 신호(P1)를 제공한다. 히터 제어기(106)는 전위차계(330)의 설정에 따라 내측 지역에 제공되는 전력을 강하시키도록 지역 비례 제어 모듈(328) 내에서 설정점 신호(P1)를 처리한다. 즉, 설정점 신호(P1)는 외측 코일(204)을 위한 라인(320)에서 제공되는 전류 및 전력 신호와 관련하여 내측 코일(206)을 위한 라인(322)에서 제공되는 전류 및 전력 신호를 감소시킨다.
도 4는 본 발명에 의해 산출된 바와 같은 전력(축(402)) 대 온도(축(404))의 그래프(400)를 도시하고 있다. 결국, 10 암페어의 제한치를 갖는 본 발명을 이용함으로써, 전력 수준은 히터 소자의 저항이 온도와 함께 증가되고 전류가 10 암페어에서 제한될 때 거의 직선적으로 예컨대, 1200 와트의 최대치까지 (경로(406)를 따라서) 상승된다. 곡선의 이러한 부분 동안에, 신호(S1)는 최대치가 된다. 곡선(400)의 정점(408)은 약 300 ℃에서 발생한다. 일단 전력이 1200 와트 수준을 유지하면, 히터의 저항은 계속 증가되고 전류는 10 암페어 제한치 이하로 강하되어, 부분(412)을 따른 곡선은 지점(408)으로부터 지점(414)으로 감소되며, 여기서 550 ℃의 공칭 온도가 얻어지며 히터는 약 800 와트를 소비한다.
히터에 인가되는 전류를 제한하기보다는, 히터에 공급되는 최대 전력이 예컨대 약 1000 와트에서 제한된다. 그 결과, 히터의 저항이 변경될 때, 히터 저항과 관련하여 전류 제어 입력이 역전 관계로 변경되어, 전력은 상수(예컨대, 1000 와트)에서 유지된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전력 제안은 곡선(400)의 편평부(410)를 제공한다. 그 결과, 전력 곡선은 약 400 ℃ 이하의 모든 온도에 대하여 부분(410)을 따라서 편평하고 지점(414)에서 약 800 와트의 공칭 전력 소비를 달성하기 전에 부분(412)을 따라서 감소한다. 그러한 전력 제한은 세라믹 페데스탈 내의 열구배가 페데스탈에 물리적 손상을 일으키기에 불충분함을 보장한다.
또한, 본 발명은 세라믹 페데스탈 조립체로의 전력을 제어하기 위한 방법을 포함한다. 도 6은 전술한 페데스탈 조립체(100)와 같은 페데스탈 조립체로의 전력을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법을 도시하고 있다. 하나 이상의 지역이 시스템 공정(즉, 물리적 증착을 수행하기 위하여 페데스탈 조립체 상에 놓여지는 반도체 웨이퍼를 가열함)을 위한 필수 온도 프로파일을 달성하도록 비례 전력 제어가 제공되는 페데스탈 조립체 내에 제공된다. 특히, 방법(600)은 단계9602)에서 시작되는 일련의 단계로 구성된다. 단계(604)에서, 희망 온도로 페데스탈 조립체를 가열하는데 필요한 100% 전력이 모든 지역에 제공된다. 예를 들면, 희망 전력 등급은 거의 800 내지 1200 와트의 범위 내에 있을 수 있다. 단계(606)에서, 결정 단계가 수행되어, 모든 지역에 공급되어야할 전력이 적절한 극성, 방위, 접속의 실패 등에 대하여 점검된다. 만일 전력이 모든 지역에 적절하게 제공되면, 단계(608)가 수행되어 페데스탈 조립체에 제공되는 전력은 소정의 설정점까지 열상승을 일으킨다. 일단 설정점에 도달되면, 단계(610)가 수행되어 페데스탈 조립체 내의 적어도 하나의 지역에 비례 전력 제어가 제공된다. 특히, 그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 단계(604)에서는 100% 전력이 두 개의 지역에 인가되고, 그리고 단계(610)에서는 100% 전력이 페데스탈 조립체의 지역 중의 하나(즉, 외측 지역)에 인가되고 50% 전력이 페데스탈 조립체의 제 2 지역(즉, 내측 지역)에 인가된다.
만일 단계(606)에 따라서 모든 지역에 전력이 적절하게 전달되지 않았다고 결정되면, 단계(614)가 수행되어 전력이 강하되고 모든 접속부가 적절한 배향 또는 물리적 상태(즉, 단락 또는 개방 회로 상태)에 대하여 점검된다. 상기 전력 강하는 페데스탈 조립체로부터의 전력 소스의 자동 분리를 의미한다. 재점검은 하나 이상의 접속부의 전체적인 수리 또는 교체일 수 있는 시스템 운영자(도시 안함)에 의해 수행되는 직접적인 행위이다. 일단 단계(614)의 전력 강하 및 재점검이 수행되고 필수 정정이 이루어지면, 상기 방법은 단계(604)로 복귀되어 100% 전력이 다시 모든 지역에 인가된다. 상기 방법은 단계(612)에서 종료된다.
전술한 바와 같은 방법에 의하여, 페데스탈 조립체 히터의 비례 제어가 달성될 수 있어서, 중요한 작업 동안에 열구배가 제어될 수 있으며 그리고/또는 보상될 수 있다. 이러한 강화된 제어는 세라믹 히터의 퇴화 또는 균열의 가능성을 감소시킨다. 히터 제어기에 대한 히터의 부적절한 사용 또는 접속을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 세라믹 히터의 수명은 증가되고 공정 상태가 보다 용이하게 제어되기 때문에, 공정 산출량 또는 최종 성과를 감소시킬 수도 있는 공정 불량의 가능성을 감소시킨다. 무응답을 나타내는 단계(606)를 유발할 수 있는 전형적인 상태는 히터 제어기에 대한 내측 또는 외측 히터 접속부의 부주의한 불완전 접속, 또는 히터 제어기(106) 상의 내측 및 외측 히터 접속 포트 사이의 와이어의 교환일 수 있다. 단계(606)에서의 무응답을 나타낼 수 있는 다른 상태는 와이어가 불량하거나 (회로의 단락 또는 개방) 또는 히터 제어기에 접속된 전력 소스가 불량한 경우이다.
전술한 장치 및 방법은 도 3에 도시된 바와 같은 프로세서 기초 시스템 제어기(302)에 의해 제어되는 시스템(300)에서 수행될 수 있다. 도 5는 시스템 제어기(302)를 갖춘 온도, 전력 및 전력과 같은 페데스탈 조립체 기능을 제어하기 위한 시스템(300)의 블록도를 도시하고 있다. 시스템 제어기(302)는 프로세서 유닛(502), 메모리(504), 매스 저장 장치(506), 입력 제어 유닛(508), 및 디스플레이 유닛(510)을 포함하며, 이들은 제어 시스템 버스(512)에 모두 연결된다.
프로세서 유닛(502)은 본 발명의 페데스탈 조립체 기능을 제어하기 위한 프로그램과 같은 프로그램이 실행될 때 특정 목적 컴퓨터가 될 수 있는 일반적인 목적 컴퓨터를 형성한다. 비록 본 발명이 소프트웨어에서 실행되고 일반 목적 컴퓨터에 따라 수행되는 것으로 본 명세서에 기재되지만, 본 발명이 응용 특정 집적회로(ASIC)와 같은 하드웨어 또는 다른 하드웨어 회로를 이용하여 작동될 수 있음은 당업자에게 명백하다. 그 결과, 본 발명은 전체적이나 부분적으로 소프트웨어, 하드웨어 또는 양자 모두에서 실행될 수 있다.
프로세서 유닛(502)은 메모리 내에 저장된 명령을 실행할 수 있는 마이크로프로세서 또는 다른 엔진이다. 메모리(504)는 하드 디스크 드라이브, 랜덤 억세스 메모리("RAM"), 리드 온리 메모리("ROM"), RAM과 ROM의 결합체, 또는 다른 프로세서 판독식 저장 매체로 구성될 수 있다. 메모리(504)는 프로세서 유닛(502)이 시스템(300)의 작업을 용이하게 하는 명령을 포함한다. 메모리(504) 내의 명령은 프로그램 코드의 형태이다. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그램 언어 중의 하나에 따를 수 있다. 예를 들면, 프로그램 코드는 C+, C++, 베이직, 파스칼, 또는 다수의 다른 언어로 쓰여질 수 있다.
매스 저장 장치(506)는 데이터와 명령을 저장하고, 자기 디스크 또는 자기 테이프와 같은 프로세서 판독식 저장 매체로부터 데이터 및 프로그램 코드 명령을 회수한다. 예를 들면, 매스 저장 장치(506)는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, 또는 선택적 디스크 드라이브일 수 있다. 매스 저장 장치(506)는 프로세서 유닛(502)으로부터 수신하는 명령에 응답하여 명령을 정장 및 회수한다. 매스 저장 장치(506)에 의해 저장 및 회수되는 데이터 및 프로그램 코드 명령은 시스템(300)을 작동시키기 위하여 프로세서 유닛(502)에 의해 이용된다. 데이터 및 프로그램 코드 명령은 매체로부터 매스 저장 장치(506)에 의해 먼저 회수된 후에, 프로세서 유닛(502)에 의해 사용을 위해 메모리(504)에 전송된다.
디스플레이 유닛(510)은 프로세서 유닛(502)의 제어 하에서 그래픽 디스플레이 및 문자숫자식 부호의 형태로 시스템 운영자에게 정보를 제공한다. 입력 제어 유닛(508)은 챔버 운영자의 입력을 수령하기 위하여 프로세서 유닛(502)에 키보드, 마우스 또는 라이트펜과 같은 데이터 입력 장치를 연결시킨다.
제어 시스템 버스(512)는 제어 시스템 버스(512)에 연결되는 모든 장치들 사이에 데이터를 전송하고 신호를 제어하기 위하여 제공된다. 비록 제어 시스템 버스(512)가 프로세서 유닛(502) 내의 장치를 직접 연결시키는 신호 버스로서 표시되지만, 제어 시스템 버스(512) 또한 버스들의 수집물일 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 유닛(510), 입력 제어 유닛(508) 및 매스 저장 장치(506)가 입출력 주변 버스에 연결될 수 있으며, 프로세서 유닛(502) 및 메모리(504)는 지역 프로세서 버스에 연결될 수 있다. 지력 프로세서 버스 및 입출력 주변 버스는 제어 시스템 버스(512)를 형성하도록 서로 연결된다.
시스템 제어기(302)는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 공정 및 특정 히터 제어의 실행에 도움을 주도록 시스템(300)의 부품들에 연결된다. 이들 부품 각각은 시스템 제어기(302)와 부품들 사이의 소통을 용이하게 하도록 제어 시스템 버스(512)에 연결된다. 이들 부품은 온도 제어기(104), 히터 제어기(106) 및 전력 공급기(312)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 시스템 제어기(302)는 웨이퍼 공정의 다양한 시기 동안에 이들 부품이 제어기 히터 온도를 위한 조작을 수행하도록 하는 시스템 부품에 신호를 공급한다.
작동시, 프로세서 유닛(502)은 메모리(504)로부터 회수되는 프로그램 코드 명령에 응답하여 시스템 부품의 작동을 지시한다. 예를 들면, 일단 웨이퍼가 페데스탈 조립체(100) 상에 위치되면, 프로세서 유닛(502)은 최대 전력에서 가열 소자(112)를 활성화시키는 것 그리고 비례 제어 모드에서 전력 라인 접속 점검 등과 같은 메모리(504)로부터 회수되는 명령을 실행한다. 이들 명령의 실행에 의하여 시스템(300)의 부품은 히터(112)를 제어하여 웨이퍼를 가공하도록 작동된다.
따라서, 저항성 히터에 의해 가열되는 세라믹 페데스탈 내의 열구배를 제어하기 위한 신규한 방법 및 장치가 개시된다. 그러나, 본 발명의 다양한 변경, 개조, 변형 및 다른 용법과 응용이 본 발명의 실시예를 개시하고 있는 본 명세서와 첨부된 도면으로부터 얻어질 수 있음은 당업자에게 명백하다. 본 발명의 요지에서 벗어나지 않는 그러한 변경, 개조, 변형 및 다른 용법과 응용 모두는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명에 포함되는 것이다.
본 발명에 의하여, 세라믹 페데스탈 내의 열구배를 감소시키고 세라믹 페데스탈 내의 저항성 히터에 인가되는 전력 또는 전류의 양을 제어함으로써 대형 페데스탈의 복사열 손실을 보상하기 위한 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (17)

  1. 기판 지지 페데스탈의 하나 이상의 지역 내에 발생되는 열구배를 제어하기 위한 장치로서,
    상기 페데스탈에 접속되고 지역 제어 모듈을 포함하는 히터 제어기를 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 페데스탈이 하나 이상의 코일을 갖춘 저항성 히터를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 지역 각각이 상기 하나 이상의 코일에 대응되는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 지역 제어 모듈이 상기 하나 이상의 코일에 공급되는 전력의 양을 제어하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 히터 제어기가 지역 비례 제어 모듈을 더 포함하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 히터 제어기가 상기 지역 제어 모듈에 접속되는 위상각 제어 모듈을 더 포함하는 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 히터 제어기가 상기 지역 제어 모듈에 접속되는 와이어 탐지 회로를 더 포함하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 와이어 탐지 회로가 상기 히터 제어기와 상기 히터 사이의 하나 이상의 접속부의 상태를 평가하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 하나 이상의 접속부의 상태가 모든 코일에 정확히 접속되는 모든 접속부, 코일에 대하여 역전되는 하나 이상의 접속부, 상기 히터 제어기로부터 하나 이상의 코일로 전력을 전달하지 않는 하나 이상의 접속부, 부적당한 시기에 상기 히터 제어기로부터 하나 이상의 코일로 전력을 전달하는 하나 이상의 접속부, 단락된 하나 이상의 접속부, 및 회로가 개방된 하나 이상의 접속부로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 지지 페데스탈이 저항성 히터를 내장한 세라믹 페데스탈인 장치.
  10. 하나 이상의 지역을 갖춘 기판 지지 페데스탈 내의 열구배를 감소시키는 방법으로서,
    (a) 상기 기판 지지 페데스탈의 균일한 열 상승을 위하여 상기 하나 이상의 지역 모두에 동일한 양의 전력을 인가하는 단계와,
    (b) 상기 하나 이상의 지역에 전달되는 전력의 수준을 점검하는 단계와,
    (c) 소정의 설정점에 도달하도록 상기 기판 지지 페데스탈의 열 상승을 허용하는 단계와, 그리고
    (d) 상기 설정점에 도달했을 때, 상기 하나 이상의 지역 중의 한 지역에 초기량의 전력을 유지하고 상기 지역의 나머지 지역 중 적어도 한 지역에 비례적으로 적으로 적은 전력을 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단계(a)가 상기 기판 지지 페데스탈에 접속되는 히터 제어기에 의해 발생되는 전력의 100%를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단계(b)는 상기 기판 지지 페데스탈과 상기 히터 제어기 사이의 전기 접속부가 정확히 접속되었는가를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전기 접속부가 정확히 접속되지 않은 경우에, 상기 접속부의 전력 강하 및 재점검을 수행하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 단계(c)가 약 550℃의 온도까지 상기 기판 지지 페데스탈의 온도를 상승시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 단계(d)가 상기 기판 지지 페데스탈의 제 1 외측 지역에 100%의 전력을 인가하고 상기 기판 지지 페데스탈의 제 2 내측 지역에 상기 전력의 50%를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 기판 지지 페데스탈이 세라믹 정전기 척인 방법.
  17. 컴퓨터 판독 가능한 매체로서,
    하나 이상의 온도 제어 가능한 지역을 갖춘 기판 지지대를 제어하기 위한 시스템 내에서,
    (a) 상기 기판 지지대의 균일한 열 상승을 위하여 상기 하나 이상의 지역 모두에 동일한 양의 전력을 인가하는 단계와,
    (b) 상기 하나 이상의 지역에 전달되는 전력의 수준을 점검하는 단계와,
    (c) 소정의 설정점에 도달하도록 상기 기판 지지대의 열 상승을 허용하는 단계와, 그리고
    (d) 상기 설정점에 도달했을 때, 상기 하나 이상의 지역 중의 한 지역에 초기량의 전력을 유지하고 상기 지역의 나머지 지역 중 적어도 한 지역에 비례적으로 적으로 적은 전력을 인가하는 단계를 포함하는 방법을 수행하도록,
    상기 기판 지지대를 위한 지역 온도 제어 프로그램을 실행할 때 특정 목적 제어기로서 작동되는 일반 목적 컴퓨터 시스템 내의 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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