KR20160046869A - 기판 처리 디바이스 - Google Patents

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KR20160046869A
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다니엘 브리엔
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아익스트론 에스이
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Abstract

본 발명은 기판들을 처리하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이며, 상기 장치는 복수의 구역 가열 장치들을 가지는 가열 장치를 포함하며, 그리고 제어 장치를 포함하며, 이 제어 장치의 기준 변수(reference variable)는 서셉터 온도(TS)이며, 이 제어 장치의 제어 변수(control variable)는 온도 측정 장치(10)에 의해 측정된 서셉터(7)의 실제 온도이며, 이 제어 장치의 조작 변수(manipulated variable)는 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워(total heating power)(Ptot)에 대한 값이다. 가열 파워 분배기(12)가 제공되며, 이 가열 파워 분배기는 조작 변수(Ptot)만을 입력 변수로서 수용하고 각각의 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)에 대한 구역 가열 파워(P1, P2, P3, P4, P5)를 출력 변수들로서 제공하며, 여기서 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들의 총합은 조작 변수(Ptot)에 상응하며, 그리고, 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들은 서로에 대해 고정된 특정 비율을 가진다. 견고한 제어 루프를 특정하기 위해, 복수의 구역 가열 장치들을 가지는 디바이스가 변하는 프로세스 매개변수들에 적응될 수 있는, 본 발명에 따른 특정된 비율들은 사전선택될 수 있는 분배 매개변수들(A, B, C, D)에 의해 규정되며, 여기서 하나 이상의 분배 매개변수(A, C)는 구역 가열 파워들(P1, P2; P4, P5) 중 두 개의 값들의 몫이다.

Description

기판 처리 디바이스 {SUBSTRATE TREATMENT DEVICE}
본 발명은 기판들을 처리하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 이 디바이스들은 하나 이상의 기판을 수용하기 위한 프로세스 챔버 쪽으로 향하는 제 1 측면, 및 이 제 1 측면을 등지고 복수의 구역 가열(zone heating) 장치들을 가지는 가열 장치에 의해 가열될 수 있는 제 2 측면을 가지고 프로세스 챔버(process chamber) 내에 배치되는 서셉터(susceptor)를 포함하며, 그리고 제어 장치를 포함하며, 이 제어 장치의 기준 변수(reference variable)는 서셉터 온도이며, 이 제어 장치의 제어 변수(control variable)는 온도 측정 장치에 의해 측정된 서셉터의 실제 온도이며, 이 제어 장치의 조작 변수(manipulated variable)는 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워(total heating power)(Ptot)에 대한 값이다.
본 발명은 추가적으로 기판들을 처리하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법에서 하나 이상의 기판들이 프로세스 챔버 내에 배치되는 서셉터의 제 1 측면 상에 배치되며, 이 제 1 측면을 등지는 서셉터의 제 2 측면은, 복수의 구역 가열 장치들을 가지는 가열 장치에 의해 가열되며, 여기서 가열 장치 내로 이송되는 가열 파워는 제어 장치에 의해 제어되며, 이 제어 장치의 기준 변수는 서셉터 온도이며, 상기 제어 장치의 제어 변수는 온도 측정 장치에 의해 측정된 서셉터의 실제 온도이며, 그리고 상기 제어 장치의 조작 변수는 가열 장치 내로 이송되는 가열 파워에 대한 값이다.
US 2011/0143016 A1는, 서셉터의 윤곽 축선을 중심으로 동심으로 배치되고 제어기로부터 가열 파워가 공급되는, 2 개의 구역 가열 장치들을 포함하는 디바이스를 설명한다. 서셉터는 이의 중심 축선을 중심으로 회전 구동된다.
US 2011/0259879 A1는, 복수의 개별적으로 가열가능한 구역 가열 장치들이 서셉터 아래에 제공되는, 기판들을 처리하기 위한 디바이스를 설명한다.
US 6,746,908 B2는, 국부적으로 서로 나란히 배치되고 열적으로 서로 영향을 주는 복수의 가열 구역들이 각각의 경우에 개별적으로 제어되는, 온도를 제어하기 위한 디바이스를 설명한다. 온도 센서들의 수는 가열 구역들의 수보다 더 크다. EP 1 647 868 B1의 경우에, 서로 영향을 주는 복수의 가열 구역들은 개별적인 가열 요소들에 의해 가열된다. 각각의 가열 구역은 온도 측정 센서와 관련된다. 개별적인 가열 장치들은 서로 간섭한다. 간섭 인자들은 디커플링 매트릭스(decoupling matrix)를 형성함으로써 보상된다.
WO 2011/022637 A1는, 서셉터가 저항 가열기 또는 유도 가열 요소들을 갖는 램프(lamp)들에 의해, 가열될 수 있는 가열 디바이스들을 설명한다. 서셉터 표면의 온도는, 특히 고온측정으로(pyrometrically) 측정될 수 있다.
FR 코일들에 의해 서셉터들을 가열하기 위한 디바이스들은, 특히 US 2012/0148760 A1, US 2012/0193765 A1 및 US 2012/0067870 A1로부터 공지되어 있다.
DE 10 2007 027 704 A1는, 복수의 구역들이 개별적인 구역 가열 장치들에 의해 가열될 수 있는 전술된 종류의 디바이스를 설명하며, 여기서 구역 가열 장치들은 저항 와이어(resistance wire)들에 의해 형성되며, 이 저항 와이어들은 서로와 상이한 파워들을 흡수할 수 있다.
DE 10 2012 101 717 A1는 각각의 개별적인 구역 가열기가 개별적인 제어 장치에 의해 제어되는 디바이스 및 방법을 설명한다. 각각의 제어 장치는 다양한 온도 센서들의 실제 값들을 획득한다.
DE 699 06 082 T2는 복수의 가열 요소들을 위한 온도 제어를 설명한다. 여기서 또한, 각각의 가열 요소는 온도 구배(gradient)를 최소화시키기 위해 개별적으로 제어된다.
US 6,492,625 B1는, 기판 온도가 복수의 고온계(pyrometer)에 의해 측정되는 디바이스 및 방법을 개시한다. 측정된 값들은 서로 링크된다(linked). 그로부터, 기준 변수들이 형성되어, 복수의 구역 가열 장치들이 개별적으로 제어될 수 있다.
US 2006/0027169 A1는 서셉터를 온도-제어하기 위한 방법을 설명하며, 여기서 복수의 열 교환기들이 공동의 제어 장치에 의해 제어된다.
US 2008/0092812 A1는 다수의 가열기들을 포함하는 서셉터를 설명하며, 이 다수의 가열기들의 각각은 독립적인 제어기에 의해 제어된다. 개별적으로 조절가능한 가열 구역들을 포함하는 반응기가 US 2011/0073039 A1에서 또한 설명된다. 여기서 또한, 독립적으로 제어되는 가열 파워는 개별적인 가열 구역들 내에 이송된다.
US 2012/0221138 A1는, 복수의 온도 센서들이 기판 표면의 다양한 위치들로부터의 온도 측정들을 제공하는 디바이스를 설명한다. 서셉터 아래에 배치되고 제어 장치에 의한 파워가 공급되는 가열 장치는 각각의 온도 센서에 상응한다. 주요 제어 장치는 개별적인 제어 장치들을 조정한다.
US 6,160,242 A는 램프들의 용도를 설명하며, 이 램프들에 의해 기판이 가열된다. 제어 장치에 대한 입력 값들을 전달하는 복수의 광학 온도 센서들이 제공되며, 이 제어 장치에 의해 열 램프들이 제어된다.
본 발명의 목적은, 구역 가열 장치들을 가지는 복수의 디바이스들이 변화하는 매개변수들에 적응될 수 있는, 보다 확고한 제어 루프(loop)를 제공하는 것이다.
본 목적은 특허청구범위들에서 규정되는 바와 같은 발명에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 제어 장치는 가열 장치 내로 이송되는 파워에 대한 값을 조작 변수로서 제공하며, 여기서 가열 장치는 복수의 구역 가열 장치들을 가진다. 본 발명에 따라, 제어 장치에 의해 출력되는 조작 변수는 가열 파워 분배기의 입력 변수이다. 가열 파워 분배기는 입력 변수로서 가열 파워 분배기에 이송되는 총 가열 파워를 상이한 구역 가열 파워들로 분할할 수 있으며, 여기서 구역 가열 파워들의 값들은 서로에 대해 사전결정된 고정 비율을 가진다. 각각의 구역 가열 파워는 이의 관련된 구역 가열 장치 내로 이송되며, 여기서 구역 가열 파워들의 총합은, 개별적인 구역 가열 장치들 사이에 분배되는 총 가열 파워에 상응한다. 바람직하게는, 가열 장치는 불규칙한 수(uneven number)의 구역 가열 장치들을 가지며, 여기서 이후에, 바람직하게는, 각각의 경우에, 2 개의 구역 가열 장치들이 분배 매개변수를 통해 쌍으로서 서로 커플링된다. 분배 매개변수는, 한 쌍의 구역 가열 장치들의 2 개의 구역 가열 장치들 내로 이송되는 구역 가열 파워들의 값들의 몫(quotient)을 나타낼 수 있다. 분배 매개변수들은 실질적으로 자유롭게 사전선택가능하다. 분배 매개변수들의 자유로운 사전선택가능성(preselectability)으로 인해, 가열 파워 분배는 상이한 프로세스 매개변수들, 예컨대, 프로세스 챔버 내로 이송되는 프로세스 가스 또는 캐리어 가스의 열 전도성에 적응될 수 있다. 제어 루프는, 특히 견고한데, 왜냐하면 단지 하나의 조작 변수를 제공하고, 이 조작 변수는 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워이기 때문이다. 총 가열 파워는, 예를 들어 예비 검사들에서 결정되고 코팅 프로세스 전에 설정되는 분배 매개변수들에 따라 개별적인 가열 영역들 사이에 분배된다. 그렇지 않으면, 분배 매개변수들은 제어에 대한 영향을 가지지 않는다. 분배 매개변수들은, 바람직하게는 코팅 프로세스 동안 변화되지 않는다. 심지어 기판 온도가 특정된 온도-시간 법칙(temperature-time law)을 따라 변화되고, 따라서, 예를 들어, 온도 경사(ramp)가 구현되는 경우라도, 이들 매개 변수들은 변화되지 않는다.
특히 바람직한 구성에서, 서셉터의 온도는 오직 하나의 온도 측정 장치, 예를 들어 열전대(thermocouple)를 사용하여 측정된다. 서셉터 온도를 측정하는 것은 또한 고온측정으로(pyrometrically) 수행될 수 있다. 서셉터의 온도는, 프로세스 챔버 측면쪽으로 향하는 이의 측면에서 뿐만 아니라, 가열 장치쪽으로 향하는 이의 측면에서도 또한 측정될 수 있다. 구역 가열 장치들은 RF 코일들 또는 RF 코일 요소들일 수 있다. 서셉터는, 바람직하게는 원형 디스크의 형상을 가지고 중심 윤곽 축선(central contour axis)을 가진다. 구역 가열 장치들은, 바람직하게는 서셉터의 윤곽 축선 둘레에 동심으로 배치된다. 프로세스 챔버 쪽으로 향하는 서셉터의 측면 상에, 예를 들어, 원형 디스크 형상(circular-disk-shaped) 기판들이 배치될 수 있는, 서셉터의 표면의 오목부들에 의해 형성될 수 있는 기판 홀더들이 존재한다. 이 원형 디스크 형상 기판들은, 바람직하게는, 반도체 층으로 프로세스 챔버에서 코팅되는 반도체 기판들이다. 기판 홀더들은 서셉터의 윤곽 축선 둘레에 링 구역 내에 배치된다. 3 개의 구역 가열 장치들이 제공되는, 특히 바람직한 변경예는 다음의 특성들을 가진다: 기판 홀더들의 중심들 아래로 연장하는 제 1 구역 가열 장치가 제공된다. 이러한 중심 구역 가열 장치는, 각각의 경우에 추가적인 구역 가열 장치에 의해 이의 반경방향 내부 측면 및 이의 반경방향 외부 측면에 접한다(flanked on). 반경방향 내부 구역 가열 장치는, 기판 홀더들에 의해 취해지는 링 구역의 에지를 넘어 연장한다. 반경방향 외부 구역 가열 장치는, 기판 홀더들이 배치되는 링 구역의 주변부(periphery)를 넘어 또한 연장한다. 주변 구역 가열 장치 및 중심 구역 가열 장치는 서로 떨어져 최소한으로 이격된다. 본 발명의 바람직한 구성에서, 기판 홀더들은 플레이트(plate)들에 의해 형성되며, 이 플레이트들은 서셉터의 포켓들 내에 놓이고, 처리 프로세스 동안 이들의 축선을 중심으로 회전된다. 본 발명의 바람직한 구성에서, 내부 및 외부 구역들은 서로 커플링된다. 이들의 2 개의 구역들 내로 이송되는 파워는 사전선택가능한 고정된 비율을 가진다. 중심 구역 가열 장치 내로 이송되는 구역 가열 파워는, 모든 구역 가열 파워들의 총합인 총 파워에 대한 사전규정가능한 비율을 가지며, 이 총 파워는 가열 장치 내로 이송된다. 온도 측정 장치에 의해 측정되는 온도를 특정된 서셉터 온도로 조절하기 위해, 총 파워가 제어기에 의해 변경된다. 불규칙한 수의 구역 가열 장치들의 경우에, 성장 구역의 원-아크형 중심선을 따라 연장하는 중심 구역 가열 장치가 존재한다. 추가적인 구역 가열 장치들은 성장 구역의 영역(region)에서 쌍으로 그리고 중심 구역 가열 장치에 대해 대칭으로 배치된다. 성장 구역은, 특히 서셉터의 링형(ring-shaped) 구역이며, 이 서셉터의 링형 구역에서, 기판들은 최소 반경으로부터 최대 반경으로까지 위치된다.
회전 구동되는 기판 홀더들은 다음의 장점들을 가진다: 기판 홀더들이 이들 자체의 축선을 중심으로 회전할 때, 실질적으로 회전 대칭 온도 프로파일(profile)이 기판 홀더들 상에서 형성된다. 기판 홀더의 에지 구역에서의 온도들은 구역 가열 파워들에 의해 실질적으로 결정되며, 이 구역 가열 파워들은, 각각 내부 및 외부 구역 가열 장치들 내로 이송된다. 그러나, 기판 홀더 상의 중심 온도는, 중심 구역 가열 장치 내로 이송되는 가열 파워에 의해 실질적으로 결정된다. 중심 구역 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워의 일부를 증가시킴으로써, 기판 홀더의 표면의 중간에서의(in the middle of) 온도가 증가될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구성을 따라, 외부 및 내부 구역 가열 장치들 내로 이송되는 구역 가열 파워들의 커플링은 일정한 반면에, 중심 구역 가열 장치의 가열 파워는 이러한 커플링 매개변수에 관계없이 자유롭게 선택가능하다. 이러한 분배 매개변수의 값은 실질적으로 프로세스 챔버 내의 가스의 성분(composition)에 대한, 특히 이의 열 특성에 대한 함수이다. 분배 매개변수는, 바람직하게는, 필요한대로 중간의 온도를 증가시키거나 감소시키는데 사용된다. 바람직하게는, 코팅 프로세스는 프로세스 챔버 내에서 수행되며, 이 코팅 프로세스에서, 열분해로(pyrolitically) 분해되는 프로세스 가스들이 프로세스 챔버 내로 도입된다. 분해 생성물들이 기판들의 표면들 상에 하나의 층으로서 증착된다. 바람직하게는, 이는 MOCVD 프로세스이다. 본 발명에 따른 방법의 경우, 예를 들어, 서셉터 온도의 세트 포인트(set point)가 시간의 함수인 점에서, 온도 경사들을 구현하는 것이 또한 가능하다. 따라서, 시간이 지나면서(over time) 온도를 계속해서 증가시키는 것이 가능하다. 이의 프로세스에서, 분배 매개변수들은, 바람직하게는 변경되지 않는다.
구역 가열 장치들은, 바람직하게는 수냉식 유도 코일(water-cooled induction coil)들에 의해 형성되며, 이 수냉식 유도 코일들은 서셉터의 저부 측면 상에 나선형 방식으로 배치된다. 나선형 코일들의 개별적인 권선부(winding)들이 서로로부터 떨어져 이격되며, 여기서 상기 간격(spacing)은 대략적으로 인접한 구역 가열 장치들이 서로로부터 떨어져 이격되는 간격에 상응한다. 따라서, 인접한 구역 가열 장치들은 직접적으로 서로 인접한다. 예를 들어, 이들의 반경방향 간격은 서셉터의 제 2 측면으로부터의 이들의 간격보다 더 작다. 이는, 가열 장치가 온도 점프(jump)들 없이 전체적으로 무단계식(stepless) 열 유동을 서셉터에 제공하는 것을 보장한다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부 도면들을 참조로 하여 아래에 설명된다.
도 1은, 6 개의 기판 홀더들(8)이 배치되는 원형 디스크 형상(circular-disk-shaped) 서셉터에 대한 평면도를 도시하며, 이 서셉터들의 각각에는 기판(15)이 끼워맞춤되며; 서셉터(7) 아래에 배치되고 서셉터(7)의 중심(Z)의 둘레로 환형으로 연장하는 구역 가열 장치들(1, 2, 3)이 파선들로 예시된다;
도 2는 선 II-II 에 따른 단면을 도시한다;
도 3은 예시적인 제 1 실시예의 제어 장치에 대한 블록 다이어그램을 도시한다;
도 4는 예시적인 제 2 실시예의 도 2와 유사한 예시를 도시한다;
도 5는 예시적인 제 2 실시예의 제어 장치에 대한 블록 다이어그램을 도시한다;
도 6은 상이한 분배 매개변수들(B)에서 기판 홀더(8)의 직경에 걸쳐 발생하는 표면 온도에 대한 개략도를 도시한다.
예시적인 실시예는 MOCVD 반응기와 관련된다. 외부에 대해 기밀형(gas-tight)인, 예시되지 않은 반응기 하우징에서, 원형 디스크 형상(circular disk shape)을 가지는 서셉터(7)가 위치되고, 이의 축선(Z)을 둘레에서 회전(rotationally) 구동된다. 서셉터의 중심은, 프로세스 가스들이 가스 입구 부재(14)를 통해 프로세스 챔버(6) 내로 이송되는 가스 입구 구역 내에 위치한다. 가스 입구 구역 둘레에 환형으로 연장하는 성장 구역에서, 전체적으로, 6 개의 기판 홀더들(8)이 예시적인 실시예에서 존재한다. 기판 홀더들은 서셉터(7)의 상부 측면(7')의 포켓(pocket)들(9) 내에 놓인다. 기판 홀더들(8)이 이들의 회전 축선(16)을 둘레에서 회전 구동될 수 있게 하는 수단이 제공된다. 이러한 목적을 위하여, 원형 디스크 형상 기판 홀더들(8)은, 바람직하게는 아래로부터 포켓들(9) 내로 이송되는 캐리어 가스(carrier gas)에 의해 형성되는 가스 쿠션(gas cushion) 상에 놓인다. 캐리어 가스에 의해, 회전 이동이 기판 홀더들(8) 상에 부과될 수 있다. 기판 홀더들(8)의 각각 상에서, 코팅될(coated) 기판(15)이 존재한다. 냉각될 수 있는, 프로세스 챔버 시일링(process chamber ceiling)(13)은 프로세스 챔버(6) 위에 위치된다. 가스 입구 부재(14)는 프로세스 챔버 시일링(13)의 중심 밖으로 서셉터(7) 쪽으로 연장하고, 복수의 가스 출구 개구들을 가지며, 이 복수의 가스 출구 개구들을 통해, 예를 들어, 주요 족들(III 및 V)의 요소들을 갖는 가스들이 프로세스 챔버(6) 내로 도입될 수 있다. 캐리어 가스, 예를 들어, 수소 또는 질소와 함께 이러한 프로세스 챔버 내로 도입되는 이러한 프로세스 가스들은 가스 상태에서 뿐만 아니라, 또한 기판(15)의 표면 상에서 분해되며, 여기서 III-V족 층(III-V-layer)은 기판들(15) 상에 증착된다. 캐리어 가스 및 반응 생성물들은, 예시되지 않은 진공 펌프에 의해 프로세스 챔버(6)로부터 배출된다.
서셉터(7) 아래에서, 따라서 서셉터(7)의 저부 측면(7'') 아래에서, 중심(Z) 둘레에 환형으로 배치되는 복수의 구역 가열 장치들이 존재한다. 도 1 내지 도 3에서 예시되는 예시적인 실시예에서, 3 개의 구역 가열 장치들(1, 2, 3)이 제공되며, 5 개의 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4 및 5)이 도 4 및 도 5 에서 예시되는 예시적인 실시예에서 제공된다.
구역 가열 장치들은 저항 가열기(resistance heater)들 또는 유도 가열기(induction heater)들일 수 있다. 그러나, 가열 장치들(1 내지 5)은, 바람직하게는 나선형 권선 또는 동심형 권선의 방식으로 중심(Z)의 둘레로 배치되는 유도 코일(coil)들이다. 모든 구역 가열 장치들(1 내지 5)은 하나의 평면에 배치되며, 여기서 인접한 구역 가열 장치들(1 내지 5)은 가능한 한 서로 가깝게 나란히 위치된다.
기판 홀더(8)의 중심들(16) 아래에 환형으로 연장하는 중심 구역 가열 장치(1)가 제공된다. 이러한 구역 가열 장치(1)의 영역에서, 서셉터(7)의 온도는 온도 측정 장치(10)를 사용하여 또한 측정된다. 예시적인 실시예에서, 온도 측정 장치(10)는 서셉터(7)의 저부 측면(7'')에 위치되는 열전대(thermocouple)로서 예시된다. 서셉터 온도는 고온 측정으로(pyrometrically) 그리고 특히 "라이트 파이프(light pipe)"에 의해 또한 측정될 수 있다. 상이한 반경방향 위치들에서 또는 상이한 원주방향 위치들에서 서셉터(7)의 온도를 측정하는, 복수의 온도 측정 장치들(10)이 제공될 수 있다. 서셉터 온도가 상이한 원주방향 위치들에서 측정된다면, 온도 평균화(averaging)가 실시될 수 있도록, 바람직하게는 동일한 반경방향 간격으로 측정이 수행된다. 바람직하게는, 장치는 단지 하나의 온도 측정 장치(10)를 가지며, 그리고/또는 서셉터 온도가 단지 하나의 반경방향 위치에서, 그러나 선택적으로 복수의 개별적인 온도 측정 장치들에 의해 측정된다. 바람직하게는 기판 홀더들(8)의 중심들(16)이 위치되는 원형 아크 선(circular arc line) 상에서 측정이 실시된다.
도 1 내지 도 3에 예시되는 예시적인 실시예에서, 중심 구역 가열 장치 이외에도, 성장 영역의 반경방향 내부 주변부 아래에서 연장하는 가열 장치(radially inner zone heating apparatus)(3)가 존재한다. 구역 가열 장치(3)는 실질적으로 성장 구역 아래에서, 따라서 기판 홀더(8) 아래에서 연장하지만, 그러나 이의 에지 부분은 또한 입구 구역, 따라서 기판 홀더(8)에 의해 취해지지 않은 구역 아래에서 연장한다.
중심 구역 가열 장치(1)의 반경방향 외측에서, 반경방향 외부 구역 가열 장치(2)가 존재하며, 이 장치는 실질적으로 성장 구역 아래에, 즉, 기판 홀더들(8)에 의해 취해진 서셉터 측면(7')의 영역 아래에 마찬가지로 위치된다. 그러나, 여기서 또한, 구역 가열 장치(2)의 일부분은 성장 구역의 외측에서, 따라서 기판 홀더들(8)에 의해 취해지는 구역의 외측에서 연장한다.
도 4 및 도 5에서 예시되는 예시적인 실시예에서, 반경방향 외부 구역 가열 장치(2)와 중심 구역 가열 장치(1) 사이에 위치되는 다른 구역 가열 장치(4)가 존재한다. 다른 구역 가열 장치(5)는 중심 구역 가열 장치(1)와 반경방향 내부 구역 가열 장치(3) 사이에 위치된다.
2 개의 외부 구역 가열 장치들(2, 3)은 각각의 경우에 쌍을 형성한다. 마찬가지로, 외부 구역 가열 장치들(2 및 3)과 중심 구역 가열 장치(1) 사이에 배치되는 구역 가열 장치들(4 및 5)은 쌍을 형성한다.
도 3은 제어 장치를 도시하며, 이 제어 장치에 의해, 구역 가열 장치들(1, 2, 3)에는 가열 파워가 공급된다. 기준 변수는 명기된 기판 온도(TS)이다. 온도 측정 장치(10)에 의해 측정된 온도는 이러한 기준 변수에 대해 조절될 것이다. 이러한 목적을 위하여, 제어기(11)는 총 가열 파워(Ptot)를 가열 파워 분배기(12)로 출력한다.
제어기는 PID 제어기일 수 있다. 가열 파워 분배기에서, 총 가열 파워(Ptot)는 개별적인 구역 가열 장치들(1, 2, 3) 사이에서 구역 가열 파워(P1, P2, P3)로서 분배된다. 이러한 목적을 위하여, 예비 검사(preliminary test)들 또는 모의 계산(simulation calculation)들을 통해 발견된 분배 매개변수들(A, B)이 사용된다. 분배 매개변수들은 실질적으로 자유롭게 선택가능하며, 그리고, 예를 들어, 상이한 총 압력들 또는 가스 성분들과 같은 상이한 프로세스 조건들에 대해 상이하다. 이들은 실질적으로 사용되는 캐리어 가스의 특정(specific) 열 전도성에 대한 그리고 서셉터의 내부 및 외부 에지들에 인접한 기하학적 형상에 대한 함수이다. 제 1 분배 매개변수(A)는 외부 구역 가열 장치들(2, 3) 내로 이송되는 파워들의 몫(quotient)에 상응한다. 따라서, 이 제 1 분배 매개변수는 외부 표면에 대한 내부의 손실율(loss ratio)에 상응한다.
Figure pct00001

제 2 분배 매개변수(B)는 중심 구역 가열 장치(1) 내로 이송되는 총 파워의 일부를 결정한다.
Figure pct00002

분배 매개변수(A)에 의해, 기판 홀더(8)의 에지 영역에 대한, 따라서 기판 홀더 위에 놓이는 기판(15)의 에지에 대한 가열 장치의 효과는 영향받을 수 있다. 분배 매개변수(B)에 의해, 회전하는 기판(15)의 중심 내로 이송되는 파워는 균일화된다(levelled). 따라서, 기판(15)의 중심 온도는, 각각, 분배 매개변수(B)를 증가시킴으로 증가될 수 있고, 분배 매개변수(B)를 감소시킴으로 감소될 수 있다.
도 6은 3 개의 온도 곡선들(a, b, c)을 도시하며, 이 곡선들은 아래로부터 가열된 기판 홀더(8)의 표면 온도를 예시한다. 곡선은 낮은 값을 가지는 분배 매개변수(B)를 갖는 에너지 공급을 도시한다. 기판 홀더(8)의 중간에서의 표면 온도가 에지에서보다 더 낮다는 것이 명백하다.
곡선(b)은 증가되는 분배 매개변수를 갖는 기판 홀더(8)의 직경에 걸친 온도 진행을 도시한다. 총 가열 파워(Ptot)가 일정한 상태를 유지하기 때문에, 곡선(a)에 대한 경우이었던 것보다 더 적은 파워가 에지 영역들 내로, 즉, 주변 구역 가열 장치(2, 3)로 이송된다. 따라서, 에지 온도와 중심 온도 사이의 차이는 감소된다.
곡선(c)은, 분배 매개변수(B)가 증가된다면, 기판 홀더(8)의 중심에서의 표면 온도가 어떻게 추가적으로 증가될 수 있는지를 도시한다. 여기서 또한, 총 파워(Ptot)가 일정한 상태로 유지되기 때문에, 주변 구역 가열 장치들(2 및 3) 내로 이송되는 파워(P2, P3)는 감소된다.
여기서, 분배 매개변수(A)는 일정한 상태로 유지된다.
도 4 및 도 5에서 예시되는 예시적인 실시예에서, 두 개의 주변 구역 가열 장치들(2 및 3)은 말할 것도 없이(not only) 쌍을 형성하도록 분배 매개변수를 통해 커플링된다. 중심 구역 가열 장치들(4, 5)이 분배 매개변수(C)를 통해 또한 커플링된다.
Figure pct00003

본 발명에 따라, 각각의 경우에, 2 개의 구역 가열 장치 쌍들은 파워에 관하여 서로 커플링되며, 여기서 이는 중심 구역 가열 장치(1)에 대해 대칭으로 배치되는 구역 가열 장치들과 관련된다.
분배 매개변수(D)에 비례하여, 구역 가열 장치들의 쌍 내로 이송되는 파워가 백분율로서 설정될 수 있고, 또는 각각, 2 개의 구역 가열 장치들(3) 중 하나 내로 이송되는 파워가 설정될 수 있다.
Figure pct00004

대안예에서, 네번째 매개변수를 통하여, 구역 가열 장치들의 2 개의 쌍을, 따라서 구역 가열 장치들(2 및 3)을 구역 가열 장치들(4 및 5)에 커플링하는 것이 또한 고려될 수 있다.
서셉터(7)는 반드시 원형 디스크 형상을 가질 필요는 없다. 이 서셉터는, 코팅될 기판들(15)이 배치될 수 있는 평탄한 표면을 가지는 본체로 또한 형성될 수 있다. 예를 들어, 핀의 형태의 중심 연장부는 서셉터의 후방 측면으로부터 돌출할 수 있고, 코일들 내로 연장하여, RF 필드(RF field)에 대한 커플링이 개선된다.
개별적인 코일들을 커플링하는 것은 상이한 방식으로 또한 실시될 수 있으며; 예를 들어, 바로 인접한 코일들이 서로 커플링되는 것이 고려될 수 있다.
상기 실시예들은 특허 출원에 의해 전반적으로 커버되고 적어도 다음의 특징 조합들에 의해 각각의 경우에 독립적으로 종래 기술을 개선하는 본 발명들을 예시하는 역할을 한다.
디바이스는, 가열 파워 분배기(12)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 가열 파워 분배기는 조작 변수(Ptot)만을 입력 변수로서 수용하고 각각의 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)에 대한 구역 가열 파워(P1, P2, P3, P4, P5)를 출력 변수들로서 제공하며, 여기서 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들의 총합은 조작 변수(Ptot)에 상응하며, 그리고, 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들은 서로에 대해 고정된 비율을 가지며, 특정된 비율들이 사전선택가능한 분배 매개변수들(A, B, C, D)에 의해 변화될 수 있는 것을 특징으로 한다.
디바이스는, 하나 이상의 분배 매개변수(A, C)가 구역 가열 파워들(P1, P2; P4, P5) 중 2 개의 값들의 몫인 것을 특징으로 한다.
디바이스는, 서셉터(7)가 원 디스크 형상을 가지며, 여기서 복수의 기판 홀더들(8)이 기판 홀더(8)의 중심 둘레에 환형으로 배치되며, 여기서 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)은, 중심 구역 가열 장치(1)가 기판 홀더(8)의 중심 아래에 배치되는 방식으로 서셉터(7)의 중심 둘레에 환형으로 배치되며, 반경방향 내부 구역 가열 장치(3)가 기판 홀더들(8)의 환형 배열의 내부 에지 아래에 있는 영역에 배치되며, 그리고 반경방향 외부 구역 가열 장치(2)가 기판 홀더들(8)의 환형 배열의 외부 에지 아래에 있는 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다.
디바이스는, 반경방향 내부 구역 가열 장치(3) 내로 이송되는 구역 가열 파워들(P1, P2, P3)이 서로에 대해 고정된 비율(A)을 가지는 것을 특징으로 한다.
디바이스는, 구역 가열 장치들(4, 5)의 하나 이상의 추가적인 쌍을 포함하며, 이 구역 가열 장치들의 하나의 쌍에서, 관련 구역 가열 장치들(4, 5) 내로 이송되는 구역 가열 파워들(P4, P5)이 서로에 대해 고정된 비율(C)을 가지는 것을 특징으로 한다.
디바이스는, 기판 홀더들(8)이 이들의 각각의 중심 축선 둘레로 회전 구동될 수 있는 것을 특징으로 한다.
디바이스는, 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)이 고주파(high-frequency) 교번 자장(alternating field)을 출력하기 위한 고주파 코일들이며, 이 고주파 코일들은 서셉터(8)에서 와류(eddy current)들을 유도하는 것을 특징으로 한다.
방법은, 조작 변수가 가열 파워 분배기(12)에 의해 복수의 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)로 분할되며, 이 복수의 구역 가열 파워들의 각각은 관련된 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5) 내로 이송되며, 여기서 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 총합은 제어 장치에 의해 가열 파워 분배기(12)로 출력되는 조작 변수(Ptot)이며, 그리고, 여기서 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들은 특정된, 자유롭게 선택가능한, 서로에 대해 고정된 비율을 가지는 것을 특징으로 한다.
방법은, 개별적인 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5) 사이에서 총 가열 파워(Ptot)의 분배가 사전선택가능한 분배 매개변수들(A, B, C, D)에 따라 실시되는 것을 특징으로 한다.
방법은, 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 프로세스 챔버 내로 이송되는 가스의 유형에 적응되는 것을 특징으로 한다.
방법은, 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 프로세스 챔버에 설정되는 총 가스 압력에 적응되는 것을 특징으로 한다.
방법은, 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 최대 프로세스 온도에 적응하는 것을 특징으로 한다.
방법은, 온도 경사(ramp)들이, 고정된 값으로 유지되는 분배 매개변수들(A, B, C, D)로 구현되는 것을 특징으로 한다.
방법은, 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 모의 계산들을 통해 그리고/또는 예비 검사들에서의 측정들을 통해 결정되는 것을 특징으로 한다.
개시되는 모든 특징들은 (그 자체만으로) 본 발명에 대해 관련이 있다. 관련된/첨부 우선권 서류들(이전 출원의 카피(copy))의 개시 내용은 또한 이에 의해 완전히 포함되며, 본 출원의 특허청구범위들에서 이러한 서류들의 특징들을 포함하는 목적을 포함한다. 이들의 선택적인 후순위 공식화에서의 보조적인 청구항들은, 특히 이러한 청구항들을 기초로 하여 분할 출원들을 착수하도록 종래 기술에 대한 독립적인 진보적인 개선을 특징으로 한다.
1 구역 가열 장치
2 구역 가열 장치
3 구역 가열 장치
4 구역 가열 장치
5 구역 가열 장치
6 프로세스 챔버
7 서셉터
7' 상부 측면
7'' 저부 측면
8 기판 홀더
9 포켓
10 온도 측정 장치
11 제어기
12 가열 파워 분배기
13 프로세스 챔버 시일링(ceiling)
14 가스 입구
15 기판
16 중심들
A 분배 매개변수
B 분배 매개변수
C 분배 매개변수
D 분배 매개변수
P1 구역 가열 파워
P2 구역 가열 파워
P3 구역 가열 파워
P4 구역 가열 파워
P5 구역 가열 파워
Ptot 가열 파워
TS 서셉터 온도
Z 중심

Claims (15)

  1. 기판들을 처리하기 위한 디바이스로서,
    프로세스 챔버(6)에 배치되고, 하나 이상의 기판(15)을 수용하기 위한 프로세스 챔버(6) 쪽으로 향하는 제 1 측면(7'), 및 상기 제 1 측면을 등지고 복수의 구역 가열 장치들을 가지는 가열 장치에 의해 가열될 수 있는 제 2 측면(7'')을 가지는 세섭터(7)를 포함하며, 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치의 기준 변수는 서셉터 온도(TS)이며, 상기 제어 장치의 제어 변수는 온도 측정 장치(10)에 의해 측정된 서셉터(7)의 실제 온도이며, 그리고 상기 제어 장치의 조작 변수는 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워(Ptot)에 대한 값인, 기판들을 처리하기 위한 디바이스에 있어서,
    가열 파워 분배기(12)를 포함하며, 상기 가열 파워 분배기는 조작 변수(Ptot)만을 입력 변수로서 수용하고 각각의 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)에 대한 구역 가열 파워(P1, P2, P3, P4, P5)를 출력 변수들로서 제공하며, 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들의 총합은 조작 변수(Ptot)에 상응하며, 그리고, 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들은 서로에 대해 고정된 비율을 가지며, 특정된 비율들이 사전선택가능한 분배 매개변수들(A, B, C, D)에 의해 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 분배 매개변수(A, C)는 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5) 중 2 개의 값들의 몫(quotient)인 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서셉터(7)가 원형 디스크 형상(circular disk shape)을 가지는 것을 특징으로 하며, 복수의 기판 홀더들(8)이 기판 홀더(8)의 둘레로 환형으로 배치되며, 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)은, 중심 구역 가열 장치(1)가 기판 홀더(8)의 중심 아래에 배치되는 방식으로 서셉터(7)의 중심의 둘레로 환형으로 배치되며, 반경방향 내부 구역 가열 장치(3)가 기판 홀더들(8)의 환형 배열의 내부 에지 아래에 있는 영역에 배치되며, 그리고 반경방향 외부 구역 가열 장치(2)가 기판 홀더들(8)의 환형 배열의 외부 에지 아래에 있는 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    반경방향 외부 구역 가열 장치(3) 내로 그리고 반경방향 내부 구역 가열 장치(3) 내로 이송되는 구역 가열 파워들(P1, P2, P3)이 서로에 대해 고정된 비율(A)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구역 가열 장치들(4, 5)의 하나 이상의 추가적인 쌍을 포함하며, 상기 구역 가열 장치들의 하나의 쌍의 경우에, 관련 구역 가열 장치들(4, 5) 내로 이송되는 구역 가열 파워들(P4, P5)이 서로에 대해 고정된 비율(C)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 홀더들(8)이 이들의 각각 중심 축선을 중심으로 회전 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)이 고주파(high-frequency) 교번 자장(alternating field)을 출력하기 위한 고주파 코일들이며, 이 고주파 코일들은 서셉터(7)에서 와류(eddy current)들을 유도하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 디바이스.
  8. 기판들을 처리하기 위한 방법으로서,
    하나 이상의 기판(15)은 프로세스 챔버(6) 내에 배치되는 서셉터(7)의 제 1 측면(7') 상에 배치되며, 그리고 제 1 측면(7')을 등지는 상기 서셉터의 제 2 측면(7'')은 복수의 구역 가열 장치들(1, 2, 3, 4, 5)을 가지는 가열 장치에 의해 가열되며, 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워(Ptot)는 제어 장치(11)에 의해 제어되며, 상기 제어 장치의 기준 변수는 서셉터 온도(TS)이며, 상기 제어 장치의 제어 변수는 온도 측정 장치에 의해 측정된 서셉터(7)의 실제 온도이며, 그리고 상기 제어 장치의 조작 변수는 가열 장치 내로 이송되는 총 가열 파워에 대한 값인, 기판들을 처리하기 위한 방법에 있어서,
    조작 변수가 가열 파워 분배기(12)에 의해 복수의 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)로 분할되며, 상기 복수의 구역 가열 파워들의 각각은 관련된 구역 가열 장치(1, 2, 3, 4, 5) 내로 이송되며, 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 총합은 제어 장치에 의해 가열 파워 분배기(12)로 출력되는 조작 변수(Ptot)이며, 그리고 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5)의 값들은 특정된, 자유롭게 선택가능한, 서로에 대해 고정된 비율을 가지는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 개별적인 구역 가열 파워들(P1, P2, P3, P4, P5) 사이에서 총 가열 파워(Ptot)의 분배가 사전선택가능한 분배 매개변수들(A, B, C, D)에 따라 실시되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 프로세스 챔버 내로 이송되는 가스의 유형에 적응하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    분배 매개변수들(A, B, C, D)이 프로세스 챔버에 설정되는 총 가스 압력에 적응하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 최대 프로세스 온도에 적응하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  13. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 경사(ramp)들이, 고정된 값으로 유지되는 분배 매개변수들(A, B, C, D)로 구현되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  14. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 매개변수들(A, B, C, D)이 모의 계산들을 통해 및/또는 예비 검사들에서의 측정들을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 처리하기 위한 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 하나 또는 그 초과의 특징적인 특성들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디바이스 또는 방법.
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