KR20010053512A - 기판 조작 챔버에서의 기판 지지대의 가열 방법 및 열적기판 조작 장치 - Google Patents

기판 조작 챔버에서의 기판 지지대의 가열 방법 및 열적기판 조작 장치 Download PDF

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임마뉴엘 비어
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Abstract

서셉터와 같은 기판 지지대를 가열하는 기술은 서셉터내의 제 1 및 제 2 가열 소자를 위한 각각의 최종 온도 결정점을 설정하는 것을 포함한다. 가열 소자들의 온도는 소정의 가열 속도에 기초해서 각각의 최종 온도 결정점까지 올려진다. 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도는 가열 소자들의 온도가 그 각각의 최종 온도 결정점까지 오르는 동안 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도차가 소정의 값을 초과하지 않도록 제어된다. 온도 제어는 제 1 및 제 2 가열 소자의 잠정 결정점을 정하는 것을 포함하는데, 더 높은 가열 성능을 가진 가열 소자의 잠정 결정점은 다른 가열 소자의 잠정 결정점의 현재 값과 소정의 값에 의존한다. 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도는 소정의 지연 시간 동안 그 각각의 잠정 온도 결정점을 향하여 올려진다. 지연 시간의 끝에, 새로운 잠정 결정점이 정해질 수 있고 제 1 및 제 2 가열 소자 중 적어도 하나의 온도가 그 각 최종 결정점에 가까워질 때까지 처리가 반복될 수 있다. 상대적으로 높은 듀티사이클(duty cycle)이 얻어질 수 있는데, 그것은 또한 기판 지지대가 변형될 개연성을 줄여준다.

Description

기판 조작 챔버에서의 기판 지지대의 가열 방법 및 열적 기판 조작 장치{HEATING A SUBSTRATE SUPPORT IN A SUBSTRATE HANDLING CHAMBER}
유리 기판은 많은 가운데 특히 능동 매트릭스(active matrix) 텔레비전과 컴퓨터 디스플레이와 같은 응용에 사용되고 있다, 각 유리 기판은 다중 디스플레이 모니터들을 형성할 수 있는데, 그 각각은 백만개 이상의 박막 트랜지스터를 포함한다.
유리 기판은, 예를 들어, 550mm X 650mm 과 같은 디멘션들을 가질 수있다. 그러나, 추세는 그 기판에서 더 많은 디스플레이가 생성되고 또한 보다 대형의 디스플레이들이 생산되도록 하기 위해 650mm X 830mm 보다 대형인 기판으로 변모하고 있다. 기판 크기가 대형화되면 더 우수한 성능의 시스템이 요구된다.
대형 유리 기판들의 처리에는, 예를 들어, 화학 기상 증착 (chemical vapor deposition;CVD) 처리, 물리 기상 증착 (physical vapor deposition;PVD) 처리, 또는 에칭 (etch) 처리 등을 포함하는 다수의 연속 단계 수행이 종종 포함된다. 유리 기판 처리 시스템에는 그러한 처리들을 수행하기 위해 하나 이상의 처리챔버가 포함된다.
플라즈마 강화 화학 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition ;PECVD)은 기판 위에 전자 물질 층을 증착시키기 위한 유리 기판의 처리에 넓게 사용되는 또 다른 처리이다. PECVD 처리에서는, 기판은 한 쌍의 평행 전극판을 가진 진공 증착챔버내에 위치된다. 기판은 일반적으로 하부 전극으로도 쓰이는 서셉터 위에 탑재된다. 반응 가스의 흐름은 상부 전극으로도 쓰이는 가스 유입 메니폴드(manifold)를 통해 증착챔버(deposition chamber)로 공급된다. 고주파 (radio frequency;RF) 전압이 플라즈마를 반응 가스에서 발생시키기에 충분한 RF 전력을 생성하는 두 전극 사이에 인가된다. 플라즈마는 반응가스를 분해시키고 목적하는 물질의 층을 기판 표면 위에 증착시킨다. 다른 전자 물질의 추가 층은 또 다른 반응 가스를 챔버에 유입시킴으로써 처음 층위에 증착될 수 있다. 각 반응 가스는 목적하는 물질 층의 증착을 야기하는 플라즈마를 거친다.
대형 유리 기판들의 처리와 관련된 일부 문제들은 대형 유리 기판들의 독특한 열 특성에 기인한다. 예를 들어, 유리의 상대적으로 낮은 열 전도성은 기판을 균일하게 가열하거나 냉각시키는 것을 더 곤란하게 만든다. 특히, 어떤 넓고 얇은 기판의 가장자리 근처의 열 손실도 기판 중심 근처보다 높은 경향이 있는데, 이는 기판을 가로질러 비균일한 온도 구배를 야기한다. 그러므로, 그 크기와 결합된 유리 기판의 열 특성은 처리된 기판 표면의 다른 부분에서 생성된 전자 부품들로부터 균일한 특성을 얻기 더욱 어렵게 만든다. 게다가, 기판의 빠르고 균일한 가열과 냉각은 그 좋지 않은 열 전도성의 결과로 더욱 어렵고, 그 때문에 높은 수율을 얻는데 어려움이 있다.
대형 기판 전체에서 더 균일한 온도를 얻기 위하여, 다중의 가열 소자를 가진 서셉터들이 사용된다. 예를 들어, 일부 서셉터들은 내부와 외부 가열 소자를 포함한다. 그러나, 다중 가열 소자의 사용은 종종 서셉터가 가열될 때 변형되는 것을 야기한다. 변형의 한 이유는 내부와 외부 가열 소자 사이에서 발생할 수 있는 온도 차이다. 온도 차 (differential) 혹은 간격 (gap)이 너무 커지면, 서셉터에서의 열 스트레스는 서셉터의 변형을 야기하며 일부 경우에는 파손까지 야기한다.
본 발명은 일반적으로 기판 조작(handling) 및 처리(processing) 챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그러한 챔버(chamber)내의 기판 지지대 가열에 관한 것이다.
도 1은 열 증착 챔버의 예를 도시한다.
도 2는 도 1의 챔버의 기판 지지대의 예를 도시한다.
도 3은 도 2의 기판 지지대 위에 위치한 유리 기판을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 도 2의 기판 지지대의 온도를 제어하는 제어 시스템을 도시한다.
도 5A와 5B는 발명에 의해 도 2의 기판 지지대를 가열하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
일반적으로, 본 발명의 일 양태에서, 기판 지지대 가열 방법에는 기판 지지대의 제 1 및 제 2 가열 소자를 위한 각 최종 온도 결정점을 정하는 것을 포함한다. 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도 차는 초기에 그 차가 소정의 값을 초과하는 경우, 상기 소정 값 △T보다 작게 만들어진다. 가열 소자들의 온도는, 이 때, 소정의 가열 속도 R에 기초하여 그 각 최종 온도 결정점 TF1, TF2로 상승된다. 게다가, 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도는, 가열 소자들의 온도가 그 각 최종 온도 결정점까지 올려지는 동안, 제 1 및 제 2 가열 소자들의 온도차가 소정의 값 △T를 초과하지 않도록 제어된다.
일반적으로, 가열 소자들의 최종 온도 결정점은 동일할 필요는 없다. 가열 소자들의 온도를 제어하는 것은 제 1 가열 소자를 위한 제 1 잠정 온도 결정점을 정하는 것과 제 2 가열 소자를 위한 제 2 잠정 온도 결정점을 정히는 것을 포함한다. 제 2 잠정 결정점은 제 1 잠정 결정점의 현재 값과 소정의 값 △T에 의존한다. 제 1및 제 2 가열 소자의 온도는 이 때 소정의 지연 시간동안 그 각 잠정 온도 결정점을 향하여 올려진다. 지연 시간의 마지막에, 새로운 잠정 결정점들이 정해질 수 있고, 그 프로세스는 제 1 및 제 2 가열 소자 중 최소한 하나의 온도가 그 각 최종 결정점의 소정의 양 내에 있을 때까지 반복된다.
일부 실시예에서는, 제 2 가열 소자용으로 사용되는 제 2 잠정 값은 제 1 잠정 결정점의 현재 값에 소정의 값 △T을 합한 값으로 설정된다. 제 1 잠정 결정점의 값은 제 1 가열 소자의 현재 온도와 소정의 가열 속도 R에 의존될 수 있다. 예를 들어, 제 1 잠정 결정점은 제 1 가열 소자의 현재 온도와 소정의 가열 속도 R 값의 합과 같도록 설정될 수 있다.
본 발명의 또다른 국면에서, 기판 조작 장치는 기판 처리 챔버와 그 챔버내에 배치된 기판 지지대를 포함한다. 기판 지지대는 기판 지지대를 가열하기 위한 제 1 및 제 2 가열 소자와 이전 기술들에 따라 가열 소자들의 온도를 제어하는 제어기를 포함한다.
일부 실시예에선, 제 1및 제 2 가열 소자는 각각 기판에 내장된 내부와 외부 가열 소자이다. 게다가, 가열 소자들은 다른 가열 성능을 가질 수도 있다. 예를 들어 한 실시예에 의하면, 제 2 가열 소자는 제 1 가열 소자의 가열 성능보다 더 큰 가열 성능을 가진다.
여기에 설명된 기술들은 단지 두 개의 가열 소자를 가진 기판 지지대에 한정되지 않는다. 오히려, 이 기술들은 두 개 이상의 가열 소자나 두 개 이상의 가열 지역을 가진 기판 지지대의 가열에 적용될 수 있다.
게다가, 다양한 실시예에서, 소자 가열을 위한 하나 이상의 최종 온도 결정점, 소정의 가열 속도 및 소정의 값 △T는 사용자에 의해 선택될 수 있고, 이에 의해 다른 시스템이나 구성을 위하여 쉽게 조정될 수 있는 탄력적인 기술이 제공된다.
다양한 실시예들은 하나 이상의 아래의 이점을 포함한다. 각 가열 소자들을 위한 잠정 온도 결정점들이 증가하는 속도는, 예를 들어, 가열 소자들의 성능의 제한 내에서 소정의 가열 속도 R만큼 높게 설계된다. 가열 소자들이 현재 잠정 결정점에 다가갈 때마다, 잠정 결정점들은 증가될 수 있고, 그리하여 비교적 높은 듀티사이클(duty cycle)를 유지한다. 가열 소자들간 제한된 온도 간격을 유지하고 잠정 온도 결정점을 최종 결정점 쪽으로 증가시키는 것은 더 큰 가열 성능을 가진 가열 소자로부터 더 낮은 가열 성능을 가진 가열 소자로의 열 전달을 야기한다. 더 큰 가열 성능을 가진 가열 소자는 자신만의 가열을 위하여 사용될 때보다 더 높은 듀티사이클에서 작동한다. 다시 말하면, 더 높은 성능을 가진 가열 소자의 전력은 더 낮은 가열 성능을 가진 가열 소자 근처의 기판 지지대 영역의 온도를 증가시키기 위해 사용된다.
게다가, 잠정 온도 결정점간의 차이를 소정의 값으로 제한함으로써, 가열 소자들간의 온도차가 소정의 값 △T를 초과할 개연성은 줄어든다. 소정의 값 △T가 주의 깊게 선택된다면, 이것은 다시, 기판 지지대의 변형 또는 파손의 개연성을 상당히 감소시킨다.
다른 특징이나 이점들은 아래의 상세한 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명확해질 것이다.
도 1에 의하면, 플라즈마-강화 화학 기상 증착 장치(10)는 상부 벽(14)을 관통하는 개구와 개구 내의 제 1 전극 또는 가스 유입 메니폴드(16)를 갖는 증착 챔버를 포함한다. 이에 대한 대안으로, 상부 벽(14)은 그 내측 면에 인접하는 전극 (16)과 결착될 수 있다. 판의 형태로 된 서셉터와 같은 기판 지지대는, 챔버(12)안에서 제 1 전극(16)에 평행하게 뻗어 있다. 서셉터(18)는 알루미늄으로 이루어지며 알루미늄 산화물 층으로 코팅될 수도 있다. 서셉터 내에는 제 1 또는 내부 가열 소자(46)와 제 2 또는 외부 가열 소자가 내장되어 있는데(도 2), 이것들은, 예를 들면, 가열 코일로 구성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 가열 소자(46,48)는 서셉터 또는 다른 기판 지지대와 열적으로 접촉되어 있는 한, 서셉터(18)에 내장될 필요도 없다.
가열 소자들(46,48)의 가열 성능이 같을 수도 있지만, 한 실시예에서는, 내부 가열 소자(46)가 상대적으로 낮은 가열 성능을 가지는 반면, 외부 가열 소자(48)가 상대적으로 높은 가열 성능을 가진다. 예를 들면, 예시된 실시예에서는, 약 40 킬로와트(KW)가 외부 가열 소자(48)에 공급되고, 약 20 킬로와트(KW)가 내부 가열 소자(46)에 공급된다. 외부 가열 소자(48)에 더 많은 전력을 공급하는 것은 서셉터(18)의 외부 경계 근처에서 흔히 더 크게 발생하는 열 손실을 보상하는데 도움이 될 수 있다. 다른 실시예에서는, 그러나, 내부 가열 소자(46)가 외부 가열 소자보다 더많은 전력을 공급받을 수 있고, 내부와 외부 가열 소자(46,48)의 역할이 바뀔 수 있다. 가열 소자(46,48)에 다른 가열 성능을 공급하기 위해, 다른 전력원이 사용될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 공통의 전력원이 사용될 수 있고, 가열 소자를 다른 물질로 형성함으로써 가열 소자(46,48)의 가열 성능을 다르게 만들 수 있다. 더 큰 가열 성능을 공급하기 위한 가열 소자의 선택은, 다른 것들 중에서, 가열 소자들(46,48)이 가열하려고 하는 서셉터(18) 위의 각 영역의 크기에 달려있다. 어느 경우에든, 유리의 열특성이나 그 크기 때문에, 650mm x 830mm의 디멘션이나 그 이상의 유리 기판을 처리하는데 있어서 서로 다른 가열 성능을 갖는 가열 소자들(46,48)을 제공하는 것은 특히 중요할 수 있다.
서셉터(18)는 제 2 전극으로 사용되도록 접지되고 챔버(12)의 하부 벽(22)을 통해 연장되는 축(20)(도 1)의 끝에 장착된다. 축(20)은 서셉터(18)가 제 1 전극(16)로부터 멀거나 가깝게 수직 운동을 할 수 있도록 수직으로 움직일 수 있다.
부상(lift-off)판(24)은 서셉터(18)와 챔버(12)의 바닥벽(22)사이에서 거의 서셉터에 평행하게 뻗어 있고 수직으로 움직일 수 있다. 부상 핀들(26)은 부상 판(24)으로부터 윗 쪽으로 수직하게 돌출 되어 있다. 부상핀들(26)은 서셉터(18)의 부상 구멍들(28)을 통하여 뻗을 수 있도록 위치되었고 서셉터의 두께보다 약간 긴 길이를 가진다. 도 1에서는 오직 두 개의 부상핀(26)이 보이지만, 부상판(24)의 둘레에는 추가의 부상핀들이 간격을 두고 위치할 수 있다.
가스 배출구(30)는 챔버(12)의 옆 벽(32)을 통하여 뻗어 있고 배기 시스템(미도시)에 연결되어 있다. 가스 흡인관(42)은 가스 유입 메니폴드(16)로 뻗어 있고 가스 스위칭 네트워크를 통하여 여러 가지 가스의 소스들과(미도시) 연결된다. 제 1 전극(16)은 RF 전원(36)에 연결된다. 기판(38)을 로드-락 도어(load-lock door)를 통하여 기판이 서셉터(18) 위로 이송될 수 있는 증착 챔버(12)로 운반하기 위해서 이송 메커니즘(미도시)이 제공될 수 있다(도 1 및 도 3). 이송 메커니즘은 챔버로부터 처리된 기판을 제거하는 데도 역시 사용된다.
기판(38)을 서셉터(18) 위로 이송하기 전에, 서셉터는 목적하는 온도, 예를 들면 약400℃로, 예열된다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 컴퓨터나 다른 프로세서와 같은 온도 제어기(50)(도 4)가 가열 소자(46,48)의 온도를 제어한다. 제어기(50)는 소프트웨어로 프로그램 되고 아래에서 설명되는 작용을 수행하도록 구성된다. 열전대(52)가 가열 소자(46,48)의 온도를 측정하기 위하여 사용될 수 있으며 그러한 정보를 제어기에 전달하기 위해 제어기(50)에 연결된다.
상기 소프트웨어는 사용자가 내부와 외부의 가열 소자(46,48)의 온도를 위한, 최종 결정값 TF1,TF2,을 포함하는, 여러개의 변수값을 입력할 수 있도록 해준다. 사용자가 정의한 변수값들은, 예를 들면, 키보드(54) 또는 제어기(50)에 연결된 다른 입력 장치를 사용하여 입력될 수 있다. 가열 소자의 최종 결정값 TF1, TF2는 서로 다를 수 있다. 다른 결정값을 제공하는 것은, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 서셉터(18)의 한 영역에서 더 정밀하게 제어되는 다른 영역으로의 열흐름을 허용한다. 그러한 열흐름은 유리 기판의 큰 크기와 상대적으로 빈약한 열특성을 보상해 주는데 바람직할 수 있다.
소프트웨어는 또한 사용자가 열소자(46,48)의 온도가 증가하는 근사 속도(℃/minute)를 정의하는 열속도값 R을 선택할 수 있도록 해준다. 한 실시예에서, R은 분당 10℃로 정해진다. 소프트웨어의 인터로크(interlock)는 R의 값이 시스템을 과열이나 손상시키도록 사용되는 것을 방지한다. 만약 사용자가 선택한 R의 값이 최대값을 초과한다면, 시스템이 정지되거나 속도 R의 최대 디폴트값이 사용될 수 있다.
일부 실시예에선, 사용자가 또한 내부 가열 소자(46)의 측정 온도 T1과 외부 가열 소자(48)의 측정 온도 T2간의 차 △T의 최대 허용 값을 입력한다. 그러나, 다른 실시예에선 △T 값은 소프트웨어에서 미리 정해지고 사용자에 의해 정의되지 않는다. 어느 경우에든, △T 값은 서셉터(18)를 가열하기 전에 정해진다. 한 실시예에서는, 비록 서셉터(18)의 특별한 구조나 수행될 처리에 따라 다른 값이 사용될 수도 있지만, △T 값은 20℃로 정해진다. 사용자가 정의한 값은 메모리(56)에 저장된다.
도 5A와 5B에 의하면, 일단 사용자가 최종 결정점 TF1, TF2와 가열 속도 R을 포함하는 사용자-정의 변수값을 입력하면, 그 값들은 메모리(56)에서 읽혀진다(단계 100). △T 값이 사용자에 의해 정해졌다면, 그것은 메모리로부터 회수될 수도 있다. 여러 가지 불리언 타입(Boolean-type)과 다른 변수들이 초기화 된다(단계 102). 예를 들어, 불리안 플래그(Boolean flag) F가 "폴스(false)"로 초기화 된다. 내부 가열 소자(46)의 온도가 최종 결정점 TF1아래로 미리 정해진 양 TS보다 더 낮다면, 다시 말해 T1＜ TF1- TS라면, 플래그 F의 상태는 트루(true)로 바뀐다. 예를 들면 한 실시예에서, 미리 정해진 양 TS는 5℃이다. 그러므로, 최종 결정점 TF1이 400℃로 정해진 경우, 내부 가열 소자(46)의 온도가 395℃보다 낮다면 플래그 F는 트루로 바뀐다. 부가하여, △T의 값이 사용자에 의해 정해지지 않는다면, △T의 값 역시 단계 102에서 초기화 된다.
그 다음, 내부 가열 소자(46)의 온도 T1또는 외부 가열 소자(48)의 온도 T2중의 하나가 각각의 최초 결정점 TF1, TF2의 이상인지가 결정된다(단계 104). 시스템이 처음 켜질 때, 가열 소자(46,48)들 양자는 통상 그 최종 결정점보다 아래일 것이다. 그러나, 단계 104에서의 결정이 긍정적이라면, 양쪽 가열 소자(46,48)는 정지된다(단계 106). 제어기(50)는 소정의 시간을 기다리고(단계 108),예를 들면 30초, 그 다음 온도 T1, T2를 확인하기 위해 단계 104로 돌아간다. 제어기(50)는 양쪽 가열 소자들(46,48)이 각각의 최종 결정점 TF1,TF2아래가 될 때까지 단계 104 - 단계 108에 의해 형성된 루프의 순환을 계속한다. 그 다음 제어기(50)는 가열 소자(46,48)에 전력을 가능하게 함으로써 그것들을 초기화 한다(단계 110).
그 다음, 제어기(50)는 가열 소자들(46,48)의 현재 온도차가 최대 가능 격차 △T를 초과하지 않는 것을 확실히 하기 위해 예열 준비 단계를 실행한다. 그래서, T1에서의 T2의 차값이 △T값을 초과하는지에 대한 결정이 내려진다(단계 112). 그 값이 △T를 초과하지 않는 다면, 다시 말해 내부와 외부 가열 소자(46,48)의 온도차가 너무 크지 않다면, 제어기(50)는, 아래에서 설명하는 바와 같이, 서셉터(18)의 온도를 목적하는 최종 결정점까지 올리는 예비 서셉터 가열 과정을 수행한다.
반면, 단계 112에서, T1과 T2의 차이가 △T를 초과하는 것으로 결정되면, 보다 가열된 소자, 예를 들어 외부 가열 소자(48)는, 꺼지고 나머지 가열 소자(46)는 가열된다.(단계 114). 단계 114 동안,
T1(INT)=T1+ [(R) X (minute)]
관계에 있는 잠정 결정점 T1(INT)는 내부 가열 소자 (46)의 온도로 설정된다.
이에 부가하여, 단계 114동안 내부 가열 소자(46)는 R의 값보다 크게 최대로 가열될 수 있다. 예를 들어 한 실시예에서, 내부 가열 소자(46)는 R의 값의 두배인 최대 속도로 가열되는 것이 허용된다. 물론, 내부 가열 소자가 이 단계 동안 가열되는 실제 속도는 가열 소자의 물리적 성능에 의해 제한될 수 있다. 그 다음 제어기(50)는 소정의 지연 시간이 경과하길 기다린다. 소정의 지연은, 예를 들면, 30초일 수 있다. 지연 시간 동안, 내부 가열 소자(46)의 온도는 T1(INT)의 현재 값을 초과할 수 없다. 지연 시간의 끝에, 제어기(50)는 T1에서의 T2의 차값이 △T의 값을 초과하는지를 결정하기 위해 단계 112로 돌아간다. 제어기는 내부 가열 소자(46)의 온도 T1과 외부 가열 소자(48)의 온도 T2의 차이가 △T를 초과하지 않을 때까지 단계 112-116에 의해 형성된 루프의 실행을 계속한다. 다음, 제어기(50)는 서셉터(18)의 온도를 목적하는 최종 결정점까지 올리는 예비 서셉터 가열 과정을 수행한다.
비록 제어기(50)에 의해 수행되는 알고리즘이 가열 소자들간의 온도차가 △T를 초과하지 않도록 도와주지만, △T보다 작고 영이 아닌 가열 소자간의 온도 간격을 유지하는 것은 서셉터(18) 영역 사이에서 서셉터가 보다 빠르고 보다 효율적으로 가열될 수 있는 열흐름을 발생시킨다. 그러므로, 아래에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 예를 들어, 더 높은 가열 성능의 외부 가열 소자(48)는 내부 가열 소자(46)에 의한 가열을 증대시키는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 아래에서 설명되는 바와 같이, 예비 서셉터 가열 과정은, 가열 소자(46,48)의 온도차를 △T 값보다 작게 유지하면서, 서셉터(18)가 최종 온도까지 사용자에 의해 선택된 속도 R에 기초하여 가능한 한 빨리 가열될 수 있도록 디자인 된다. 양쪽 가열 소자들이 켜지고(단계 118) 내부 가열 소자(46)의 온도 T1이 TF1빼기 TS보다 작거나 외부 가열 소자(48)의 온도 T2가 TF2빼기 TS보다 작은지에 관하여 결정된다(단계 120). 양 가열 소자들(46,48)이 각각의 최종 결정점에 가깝다면, 다시 말해 단계 120에서의 결정이 부정적이라면, 양 가열 소자들의 잠정 결정점 T1(INT)와 T2(INT)는 서셉터(18)가 그 최종 결정점까지 가열되도록 하기 위해 각각의 최종 결정점 TF1,TF2로 정해진다(단계 140). 이 때 예비 서셉터 가열 과정이 완결되고, 제어기(50)는 서셉터 온도를 목적하는 수준으로 유지하도록 가열 소자(46,48)를 제어할 것이다.
반대로, 단계 120의 결정이 긍정적이라면, 다시 말해 적어도 가열 소자들(46,48) 중 하나의 온도만이라도 그 각각의 최종 결정점과 가깝지 않다면, 내부 가열 소자(46)의 온도 T1이 TF1빼기 TS보다 작은지에 관하여 결정이 내려진다(단계 124). 결정이 부정으로 대답된다면, 다시 말해 내부 가열 소자(46)의 온도가 최종 결정점 TF1에 가깝다면, 플래그 F는 "폴스"로 클리어(clear) 되고 내부 가열 소자(46)의 잠정 결정점 T1(INT)는 최종 결정점 TF1으로 정해진다(단계 126).
단계 124에서의 결정이 긍정으로 대답된다면, 다시 말해 내부 가열 소자(46)의 온도 T1이 최종 결정점 TF1과 가깝지 않다면, 플래그 F는 "트루"로 정해진다(단계 128). 부가하여, 내부 가열 소자(46) 온도의 잠정 결정점 T1(INT)는 내부 가열 소자의 현재 온도 T1더하기 가열 속도 R값과 같도록 정해지는데(단계 130), 다시 말하면, T1(INT)= T1+ [(R) X (minute)].
알고리즘이 단계 126 또는 단계 128-130 중 어느 쪽을 따르는지에 관계없이, 제어기(50)는 세가지 조건이 만족되는지에 대한 결정을 수행한다(단계 132). 첫 번째로, 플래그 F는 반드시 "트루"로 정해져야 하는데, 다시 말하면, 내부 가열 소자(46)의 온도 T1은 반드시 최종 결정점보다 적어도 TS만큼은 작아야 한다는 것이다. 두 번째로, 외부 가열 소자(48)의 온도 T2도 역시 최종 결정점보다 상당히 낮게, 다시 말하면, T2＜ TF2- TS가 되어야한다. 세 번째로, △T와 내부 가열 소자(46)를 위해 정해진 현재 잠정 결정점 T1(INT)의 합은 반드시 외부 가열 소자의 최종 결정점 TF2보다 작게, 다시 말하면 △T + T1(INT)＜ TF2가 되어야한다. 이 마지막 조건은, 알고리즘이 단계 136으로 진행되는 경우, 외부 가열 소자(48)가 최종 결정점 TF2를 오버슛(overshoot)하는 것을 방지하도록 도와준다.
그 세 조건중 하나 이상이 만족하지 않는 다면, 외부 가열 소자(48)의 잠정 결정점 T2(INT)은 최종 결정점 TF2와 같도록 정해진다(단계 134). 그 다음 제어기(50)는 소정의 지연 시간이 경과하기를 기다린다(단계 138). 다른 지연들은 어떤 상황들에 적절하겠지만, 소정의 지연은, 예를 들어, 육십초일 수 있다. 지연 시간의 마지막에, 제어기(50)는 단계 120으로 돌아간다.
반면 단계 132에서 세 조건이 모두 만족된다면, 외부 가열 소자(48)의 잠정 결정점 T2(INT)는, 단계 136에서 나타난 바와 같이,
T2(INT)= T1(INT)+ △T
에 따라 결정된다.
제어기(50)는 그 다음 소정의 지연 시간이 경과하기를 기다린다(단계 138). 다른 지연들은 어떤 상황들에 적절하겠지만, 소정의 지연은, 예를 들어, 육십초일 수 있다. 지연 시간의 마지막에, 제어기(50)는 단계 120으로 돌아간다.
일반적으로, 단계 138의 지연 시간동안, 내부 가열 소자(46)의 온도 T1은 T1(INT)의 현재값을 초과해서는 안되며, 외부 가열 소자(48)의 온도 T2는 T2(INT)의 현재 값을 초과해서는 안된다. T1(INT)와 T2(INT)의 값을 단계 136의 식에서 표현되듯이 서로 의존되게 만듦으로써, 가열 소자들(46,48)의 온도 T1, T2간의 차이가 너무 커질 개연성은 크게 감소된다. 그리하여, 서셉터(18)는 사용자에 의해 선택된 속도 R에 근거하고, 이와 동시에, 서셉터 파손 가능성을 상당히 감소시키는 방식으로 최종 온도까지 가열될 수 있다.
제어기(50)는, 잠정 결정점 T1(INT), T2(INT)가 각각 TF1, TF2와 같게 정해질 수 있도록, 양 가열 소자(46,48)의 온도 T1, T2가 각각의 최종 결정점 TF1, TF2에 가까워질 때까지, 단계 120-138에 의해 형성된 루프 실행을 계속한다. 일단 가열 소자들(46,48)이 각각의 최종 결정점 TF1, TF2에 도달하면, 예비 서셉터 가열 과정은 완성되고, 제어기(50)는 서셉터 온도를 목적하는 최종 온도로 유지시키기 위하여 가열 소자들(46,48)을 제어한다. 그때 가열되고 처리되기 위해 기판은 서셉터(18) 위로 이송될 수 있다.
비록 실제의 가열 속도는 가열 소자의 가열 성능이나 다른 요인들에 의해 제한될 수 있지만, 각 가열 소자(46,48)의 잠정 온도 결정점이 증가되는 속도는 사용자에 의해 선택되는 속도 R만큼 되도록 디자인 된다. 가열 소자들(46,48)이 현재 잠재 결정점들에 접근할 때마다, 잠정 결정점들은 증가되고, 그것에 의해 상대적으로 높은 듀티사이클(duty cycle)을 유지한다. 가열 소자들(46,48)간의 제한된 온도 간격을 유지하면서 끊임없이 잠정 온도 결정점을 증가시키는 것은 더 높은 가열 성능을 가진 가열기(예를 들면, 외부 가열 소자(48))에서 더 낮은 가열 성능을 가진 가열기(예를 들면, 내부 가열 소자(46))로의 열 전달을 야기한다. 그러므로, 더 높은 가열 성능을 가진 소자는 자신의 가열만을 위하여 사용될 때의 듀티사이클보다 더 높은 듀티사이클로 작동 된다. 바꾸어 말하면, 더 높은 성능을 가진 가열 소자의 전력은 더 낮은 성능을 가진 가열 소자 근처의 서셉터 영역의 온도를 증가시키기 위해 사용된다.
더욱이, 위에서 언급된 실시예가 두 개의 가열 소자를 가진 기판 지지대를 설명하였으나, 앞의 기술은 둘 이상의 가열 소자를 갖는 기판 지지대를 가열하는 데에도 역시 사용될 수 있다. 그러한 구조에서는, 가장 저온의 가열 소자를 제외한 모든 가열 소자는 위에서 설명된 외부 가열 소자처럼 취급될 수 있으며, 가장 저온의 가열 소자와 각 다른 가열 소자중 하나와의 온도차는 소정의 △T값을 초과하지 않는다.
더구나, 앞의 기술은, 가열 플래튼(heating platen)과 같이, 서셉터 외의 기판 지지대와 관련하여 사용될 수 있고, PECVD외의 기술을 사용하는 기판 조작 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기술은 기판이 가열되는 많은 종류의 기판 조작 시스템에 포함될 수 있다. 이 기술은 예열 챔버(pre-heating chamber)이나 로드락 챔버(load lock chamber)와 같이, 처리 챔버(process chamber) 이외에서도 기판 지지대의 온도를 제어하는데 사용될 수 있다. 게다가, 위에서 설명된 기술은 유리 이외의 물질로 만들어진 기판을 위한 기판 지지대를 가열하기 위하여 사용될 수 있다.
다른 실시예는 청구범위 내에서 도출될 수 있다.

Claims (28)

  1. 열적 기판 조작 장치로서,
    처리 챔버;
    처리 챔버 안에 배치된 기판 지지대로서, 상기 기판 지지대를 가열하기 위한 제 1가열 소자와 제 2 가열 소자를 포함하는 기판 지지대; 및
    상기 가열 소자들의 온도를 제어하기 위한 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도를 제어하여, 상기 제 1 및 제2 가열 소자간의 온도차가 소정의 값을 최초로 초과하는 경우, 상기 온도차가 상기 소정의 값보다 작아지게 제어하고,
    상기 제어기는, 상기 가열 소자들의 온도가 각각의 최종 온도 결정점까지 오를 때, 상기 제 1 가열 소자의 온도와 상기 제 2 가열 소자의 온도차가 상기 소정의 값을 초과하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자의 최종 온도 결정점이 상기 제 2 가열 소자의 최종 온도 결정점과 다른 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는,
    (a) 제 1 가열 소자의 제 1 잠정 온도 결정점을 정하고;
    (b) 제 1 잠정 결정점의 현재 값과 상기 예정값에 의존하는, 제 2 가열 소자의 제 2 잠정 온도 결정점을 정하며;
    (c) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도를 그들 각각의 잠정 온도 결정점까지 올림으로써,
    상기 가열 소자들의 온도를 제어하도록 구성된 제어기를 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어기는,
    (d) 소정의 지연 시간 동안 상기 제 1 및 제 2 가열 소자들의 온도가 그들 각각의 잠정 결정점까지 오르도록 허용하며;
    (e) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자 중 적어도 하나가 각 최종 결정점의 소정의 양(amount)안에 있을 때까지 단계 (a), (b), (c), 및 (d)를 반복하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제 2 잠정 값을 상기 제 1 잠정 결정점 더하기 상기 예정값과 동일하게 정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제 1 가열 소자의 현재 온도와 소정의 가열 속도에 근거하여 제 1 잠정 결정점의 값을 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제 1 잠정 결정점을 상기 제 1 가열 소자의 현재 온도와 소정의 가열 속도 값의 합과 같게 정해지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어기는,
    (d) 상기 제 2 잠정 값을 상기 제 1 잠정 결정점의 현재 값과 상기 예정값의 합과 같게 만들고;
    (e) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자들의 온도가 소정의 지연 시간 동안 그들 각각의 잠정 결정점으로 상승되게 하며;
    (f) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자 중 적어도 하나의 온도가 각각 이들의 최종 결정점의 소정의 양 내에 있을 때까지 단계 (a), (b), (c), (d) 및 (e)를 반복하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자는 상기 기판 지지대에 내장된 내부 가열 소자이고, 상기 제 2 가열 소자는 상기 기판 지지대에 내장된 외부 가열 소자인 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자는 제 1 가열 성능을 가지고, 상기 제 2 가열 소자는 상기 제 1 가열 성능보다 큰 제 2 가열 성능을 가지는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 제 1 및 제 2 가열 소자 사이의 온도차가 최초로 상기 소정의 값보다 작지 않을 경우:
    (d) 상기 제 2 가열 소자를 끄고;
    (e) 상기 제 2 가열 소자가 꺼진 동안 상기 제 1 가열 소자를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제어기는 또한,
    (f) 상기 제 1 가열 소자를 소정의 시간동안 가열하도록 허용하고;
    (g) 상기 소정의 시간이 완료되자마자 상기 가열 소자들간의 온도차가 상기 소정의 값을 초과하는 지를 점검하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제어기는 또한,
    상기 가열 소자들 간의 온도차가 상기 소정의 값을 더 이상 초과하지 않을 때까지 동작 (d), (e), (f),와 (g)를 반복하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제 2 가열 소자가 꺼진 동안, 상기 제 1 가열 소자가 소정의 가열 속도를 초과하는 최대 속도로 가열되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  15. 기판 지지대를 가열하는 방법으로서,
    상기 기판 지지대의 제 1 및 제 2 가열 소자를 위한 각각의 최종 온도 결정점을 결정하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도차가 최초로 소정의 값을 초과하는 경우, 상기 온도차를 상기 소정의 값보다 작게 하는 단계;
    소정의 가열 속도에 기초하여 상기 가열 소자들의 온도를 각각의 최종 온도 결정점까지 올리는 단계; 및
    상기 가열 소자들의 온도가 그들 각각의 최종 온도 결정점까지 올려진 동안상기 제 1 가열 소자의 온도와 상기 제 2 가열 소자의 온도의 차가 상기 소정의 값을 초과하지 않도록 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자의 상기 최종 온도 결정점이 상기 제 2 가열 소자의 상기 최종 온도 결정점과 다른 것을 특징으로 하는 열적 기판 조작 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 제어 단계는,
    (a) 상기 제 1 가열 소자의 제 1 잠정 온도 결정점을 정하는 단계;
    (b) 상기 제 1 잠정 결정점의 현재 값과 상기 예정값에 의존하는 상기 제 2 가열 소자의 제 2 잠정 온도 결정점을 정하는 단계; 및
    (c) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도를 그들 각각의 잠정 온도 결정점으로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    (d) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도를 소정의 지연 시간 동안 그들 각각의 잠정 결정점으로 상승시키는 단계; 및
    (e) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자 중 적어도 하나의 온도가 그 각 최종 결정점의 소정의 양내에 있을 때까지 단계 (a), (b), (c)와 (d)를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 제 2 잠정 값이 상기 제 1 잠정 결정점의 현재 값과 상기 소정의 값의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 잠정 결정점의 값이 상기 제 1 가열 소자의 현재 온도와 상기 소정의 가열 속도에 의존하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 잠정 결정점이 상기 제 1 가열 소자의 현재 온도와 상기 소정의 가열 속도의 값의 합과 동일하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 제 2 잠정 값이 상기 제 1 잠정 결정점의 현재 값과 더하기 상기 예정값의 합과 같고,
    (d) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도가 소정의 지연 시간동안 그 각각의 잠정 결정점을 향하여 오르도록 허용하는 단계; 및
    (e) 상기 제 1 및 제 2 가열 소자 중 적어도 하나의 온도가 그 각 최종 결정점의 소정의 양내에 있을 때까지 단계 (a), (b), (c)와 (d)를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  23. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자는 상기 기판 지지대 내에 내장된 내부 가열 소자이고 상기 제 2 가열 소자는 상기 기판 지지대 내에 내장된 외부 가열 소자인 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  24. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자는 제 1 가열 성능을 가지고 상기 제 2 가열 소자는 상기 제 1 가열 성능보다 큰 제 2 가열 성능을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  25. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가열 소자의 온도차를 상기 소정의 값보다 작게 만드는 단계는,
    (d) 상기 가열 소자들의 온도차가 상기 소정의 값을 초과하는 경우, 상기 제어 단계 전에 상기 제 2 가열 소자를 끄는 단계; 및
    (e) 상기 제 2 가열 소자가 꺼진 동안 상기 제 1 가열 소자의 가열을 허용하는 것을 포함하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자는 소정의 시간동안 가열이 허용되며,
    (f) 상기 소정의 시간이 완료될 때 상기 가열 소자들의 온도차가 상기 소정의 값을 초과하는지 점검하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 가열 소자들간의 온도차가 더 이상 상기 소정의 값을 초과하지 않을 때까지 단계 (d), (e)와 (f)를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 제 1 가열 소자는, 상기 제 2 가열 소자가 꺼진 동안, 상기 소정의 가열 속도를 초과하는 최대 속도로 가열이 허용되는 것을 특징으로 하는 기판 지지대 가열 방법.
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