KR20200064280A - 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템 - Google Patents

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KR20200064280A KR1020180150157A KR20180150157A KR20200064280A KR 20200064280 A KR20200064280 A KR 20200064280A KR 1020180150157 A KR1020180150157 A KR 1020180150157A KR 20180150157 A KR20180150157 A KR 20180150157A KR 20200064280 A KR20200064280 A KR 20200064280A
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heating zone
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이주성
김형준
계민준
장지은
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Abstract

본 발명은, 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 둘 이상의 히팅존이 형성되는 메인 히터와, 메인 히터보다 작은 크기의 히팅존이 메인 히터보다 많은 갯수로 형성되는 마이크로 히터가 상호 층상으로 결합되어 구비됨으로써, 메인 히터로서 전체적인 가열을 진행하고, 마이크로 히터로서 세부 온도 조절이 가능하여, 척킹 플레이트 상면에 안착된 웨이퍼의 온도를 균일하게 제어할 수 있고, 마이크로 히터의 각 히팅존에 대응된 온도 측정 포인트의 실제 측정값으로써 메인 히터 또는 마이크로 히터의 인가 전원을 제어함으로써, 실제 웨이퍼의 온도가 전 구간에 걸쳐 원하는 온도로 형성되며, 마이크로 히팅존의 입력측과 출력측을 복수의 열과 행으로 이루어진 노드로 묶어 열을 이루는 노드는 전원단에, 행을 이루는 노드는 그라운드단에 선택적으로 연결되도록 구성함으로써, 마이크로 히팅존을 제어하기 위한 물리적 구조를 간략화할 수 있는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템{Temperature control system of electrostatic heater with multi-zone and multi-layer}
본 발명은, 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 둘 이상의 히팅존이 형성되는 메인 히터와, 메인 히터보다 작은 크기의 히팅존이 메인 히터보다 많은 갯수로 형성되는 마이크로 히터가 상호 층상으로 결합되어 구비됨으로써, 메인 히터로서 전체적인 가열을 진행하고, 마이크로 히터로서 세부 온도 조절이 가능하여, 척킹 플레이트 상면에 안착된 웨이퍼의 온도를 균일하게 제어할 수 있고, 마이크로 히터의 각 히팅존에 대응된 온도 측정 포인트의 실제 측정값으로써 메인 히터 또는 마이크로 히터의 인가 전원을 제어함으로써, 실제 웨이퍼의 온도가 전 구간에 걸쳐 원하는 온도로 형성되며, 마이크로 히팅존의 입력측과 출력측을 복수의 열과 행으로 이루어진 노드로 묶어 열을 이루는 노드는 전원단에, 행을 이루는 노드는 그라운드단에 선택적으로 연결되도록 구성함으로써, 마이크로 히팅존을 제어하기 위한 물리적 구조를 간략화할 수 있는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템에 관한 것이다.
최근 메모리 및 시스템IC를 제조 생산하는 반도체 업체들은 선폭을 10nm대역으로 줄여 집적도를 올리는 한편 웨이퍼 외주부분(최외곽 10mm)의 선폭 균일도를 향상시켜 수율을 높임으로써, 생산성을 높이고 경쟁력을 확보하기 위한 노력을 기울이고 있다.
필름 두께(Thin film thickness) 균일도, 멀티 패터닝(multi-patterning)을 이용한 선폭 축소, 웨이퍼상의 플라즈마 균일도와 온도 균일도 향상을 통한 식각 균일도(Etching uniformity) 향상들이 그 구체적인 방법들이다.
이중, 에칭 공정에서는 웨이퍼상에서 1도씨의 온도 차이가 선폭 1nm를 변화시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 웨이퍼 전체면에 걸쳐 온도 균일도를 유지해야 하고, wafer-to-wafer에서도 온도 균일도를 유지하도록 해야 한다.
이를 위하여 종래에는 히터 플레이트의 내부에 전열선을 삽입하여 전원 인가시 발열이 되도록 함으로써 웨이퍼의 온도가 일정하게 유지되도록 하였으나, 히터 플레이트의 중심부와 외곽부 사이의 온도 편차가 발생되어 웨이퍼의 모든 구간에서 온도가 균일하지 못한 문제가 있었다.
따라서, 척킹 플레이트의 상면에 안착된 웨이퍼의 모든 구간에서 온도를 균일하게 형성할 수 있는 장치의 개발이 필요로 하게 되었다.
KR10-1472404(등록번호) 2014.12.08.
본 발명은, 둘 이상의 히팅존이 형성되는 메인 히터와, 메인 히터보다 작은 크기의 히팅존이 메인 히터보다 많은 갯수로 형성되는 마이크로 히터가 상호 층상으로 결합되어 구비됨으로써, 메인 히터로서 전체적인 가열을 진행하고, 마이크로 히터로서 세부 온도 조절이 가능하여, 척킹 플레이트 상면에 안착된 웨이퍼의 온도를 균일하게 제어할 수 있는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로 히터의 각 히팅존에 대응된 온도 측정 포인트의 실제 측정값으로써 메인 히터 또는 마이크로 히터의 인가 전원을 제어함으로써, 실제 웨이퍼의 온도가 전 구간에 걸쳐 원하는 온도로 형성되는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로 히팅존의 입력측과 출력측을 복수의 열과 행으로 이루어진 노드로 묶어 열을 이루는 노드는 전원단에, 행을 이루는 노드는 그라운드단에 선택적으로 연결되도록 구성함으로써, 마이크로 히팅존을 제어하기 위한 물리적 구조를 간략화할 수 있는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 온도 측정 포인트의 온도 측정값과 해당 온도 측정 포인트에서의 목표 온도값의 차를 이용하여 각각의 마이크로 히팅존에 공급될 전압을 펄스폭으로서 가변함으로써, 전압의 제어가 신속하고 정확한 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 상편이 평면인 세라믹 플레이트와, 상기 세라믹 플레이트 내부에 삽입되는 전극으로 이루어져, 상기 전극에 전원이 인가될 시 세라믹 플레이트의 상면에 정전기가 발생되어 상기 세라믹 플레이트의 상면에 안착된 웨이퍼를 고정시키는 척킹 플레이트; 상기 척킹 플레이트의 하부에 구비되어 전원의 인가시 발열되어 상기 척킹 플레이트를 가열시키되, 적어도 둘 이상의 선택적으로 가열되는 메인 히팅존이 형성되는 메인 히터와, 상기 메인 히터와 상면 또는 하면을 접하도록 구비되며 상기 메인 히팅존보다 작은 크기의 마이크로 히팅존이 상기 메인 히팅존보다 많은 갯수로 형성되어 선택적으로 가열되는 마이크로 히터를 포함하는 히터 플레이트; 상기 메인 히터 또는 상기 마이크로 히터에 인가되는 전원을 조절하는 제어부; 상기 마이크로 히팅존 위치에 대응되는 온도 측정 포인트가 형성된 온도 측정부; 를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 온도 측정부의 각 상기 온도 측정 포인트별 측정값을 토대로 상기 메인 히터 또는 상기 마이크로 히터에 인가되는 전원을 조절한다.
또한, 본 발명의 상기 제어부는, 각각의 상기 온도 측정 포인트마다 목표 온도값이 설정되고, 어느 메인 히팅존의 위치에 대응된 상기 온도 측정 포인트의 측정값 중 어느 하나가 해당 온도 측정 포인트의 목표 온도값에 도달되면 해당 메인 히팅존의 추가 가열을 중단한다.
또한, 본 발명의 상기 제어부는, 모든 상기 메인 히팅존의 추가 가열이 중단되면, 모든 상기 온도 측정 포인트의 측정값이 해당 온도 측정 포인트에서의 목표 온도값이 되도록 각각의 상기 마이크로 히팅존에 선택적으로 전원을 인가한다.
또한, 본 발명은, 복수의 칼럼 노드, 복수의 로우 노드, 상기 칼럼 노드에 각각 구비되어 상기 칼럼 노드를 전원단에 연결하는 칼럼 스위치, 상기 로우 노드에 각각 구비되어 상기 로우 노드를 그라운드단에 연결하는 로우 스위치, 상기 칼럼 스위치를 선택적으로 구동하는 칼럼 어드레스 컨트롤러, 상기 로우 스위치를 선택적으로 구동하는 로우 어드레스 컨트롤러를 포함하는 마이크로 히팅 컨트롤러;를 포함하며, 각각의 상기 마이크로 히팅존은 상기 칼럼 노드 및 상기 로우 노드에 입력단과 출력단이 전기적으로 연결되어, 연결된 칼럼 노드 및 로우 노드의 순번을 일련번호로 하는 히팅 어드레스를 갖는다.
또한, 본 발명의 상기 히팅 어드레스는 상기 마이크로 히팅존과 일대일 매칭된다.
또한, 본 발명의 상기 마이크로 히팅 컨트롤러는, 상기 칼럼 스위치 및 상기 로우 스위치를 선택적으로 구동하여, 상기 마이크로 히팅존이 상기 히팅 어드레스 순서로 순차 반복적으로 상기 전원단 및 상기 그라운드단에 연결되도록 한다.
또한, 본 발명의 상기 제어부는, 상기 온도 측정 포인트의 온도 측정값과 목표 온도값의 차를 이용하여, 각각의 상기 마이크로 히팅존에 공급될 전압의 펄스 폭을 상기 히팅 어드레스에 매칭하여 저장하고, 상기 마이크로 히팅 컨트롤러가 상기 마이크로 히팅존을 상기 전원단 및 상기 그라운드단에 연결할 때 해당 마이크로 히팅존의 히팅 어드레스에 대응되는 펄스 폭을 갖는 전압을 상기 전원단에 인가한다.
또한, 본 발명의 상기 마이크로 히팅존은, 상기 로우 노드와의 사이에 다이오드 및 온도 측정용 저항이 직렬로 구비되고, 상기 온도 측정부는 상기 온도 측정용 저항에 흐르는 전류값으로부터 해당 마이크로 히팅존의 온도를 추정한다.
본 발명은, 둘 이상의 히팅존이 형성되는 메인 히터와, 메인 히터보다 작은 크기의 히팅존이 메인 히터보다 많은 갯수로 형성되는 마이크로 히터가 상호 층상으로 결합되어 구비됨으로써, 메인 히터로서 전체적인 가열을 진행하고, 마이크로 히터로서 세부 온도 조절이 가능하여, 척킹 플레이트 상면에 안착된 웨이퍼의 온도를 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로 히터의 각 히팅존에 대응된 온도 측정 포인트의 실제 측정값으로써 메인 히터 또는 마이크로 히터의 인가 전원을 제어함으로써, 실제 웨이퍼의 온도가 전 구간에 걸쳐 원하는 온도로 형성되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로 히팅존의 입력측과 출력측을 복수의 열과 행으로 이루어진 노드로 묶어 열을 이루는 노드는 전원단에, 행을 이루는 노드는 그라운드단에 선택적으로 연결되도록 구성함으로써, 마이크로 히팅존을 제어하기 위한 물리적 구조를 간략화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 온도 측정 포인트의 온도 측정값과 해당 온도 측정 포인트에서의 목표 온도값의 차를 이용하여 각각의 마이크로 히팅존에 공급될 전압을 펄스폭으로서 가변함으로써, 전압의 제어가 신속하고 정확한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템의 측단면도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템의 메인 히터의 평면 예시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템의 마이크로 히터의 평면 예시도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템의 메인 히팅존, 마이크로 히팅존, 온도 측정 포인트를 투영하여 도시한 예시도.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템의 8*8의 마이크로 히팅존의 실시예에 대한 마이크로 히팅 컨트롤러의 개념도.
이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 안착되어 정전기에 의해 고정되는 척킹 플레이트(10)와, 척킹 플레이트(10)의 하부에 구비되어 전원의 인가시 발열되어 척킹 플레이트(10)를 가열시키는 히터 플레이트(100)와, 히터 플레이트(100)에 인가되는 전원을 조절하는 제어부와, 히터 플레이트(100)의 복수 지점의 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함하여 구성된다.
척킹 플레이트(10)는, 상면에 안착된 웨이퍼가 움직이지 않도록 고정하는 역할을 하며, 이를 위하여 웨이퍼가 안착되는 세라믹 플레이트와, 세라믹 플레이트의 내부에 삽입되어 정전기를 발생시키는 전극(11)을 포함하여 구성된다.
히터 플레이트(100)는, 척킹 플레이트(10)를 가열하는 역할을 하며, 이를 위하여 척킹 플레이트(10)의 하단에 결합되어 전원의 인가시 발열되도록 구성된다.
이러한 히터 플레이트(100)는, 적어도 둘 이상의 선택적으로 가열되는 히팅존이 형성되어 각각의 히팅존이 개별로 온도 제어되는데, 바람직하게는 복수의 히팅존으로 구성된 히터가 복수의 레이어를 이루고 있으며, 각 히터 레이어는 넓은 범위의 히팅존을 온도 제어하는 메인 온도 제어와, 보다 좁은 범위의 히팅존을 온도 제어하는 마이크로 온도 제어가 이루어진다. 본 발명에서는 이러한 히터 레이어를 메인 히터(110)와 마이크로 히터(120)로 구분하기로 한다.
메인 히터(110)는, 전원이 인가되었을 때 발열되어 척킹 플레이트(10)를 가열하는 역할을 하며, 적어도 둘 이상의 선택적으로 가열되는 메인 히팅존(111)이 형성된다. 메인 히팅존(111)은 제어부의 제어에 의해 각각 전원을 인가받으며, 어느 메인 히팅존(111)의 위치에 대응된 온도 측정 포인트(130)의 측정값 중 어느 하나가 해당 온도 측정 포인트(130)에서의 목표 온도값에 도달되면 해당 메인 히팅존(111)의 추가 가열을 중단하도록 구성된다. 즉, 하나의 메인 히팅존(111)에는 적어도 둘 이상의 온도 측정 포인트(130)가 대응되며, 각각의 온도 측정 포인트(130)별로 목표 온도값이 서로 다르게 설정될 수 있는 것이다. 이러한 목표 온도값의 설정은 하술할 제어부의 설명에서 상세히 설명하기로 한다.
메인 히터(110)는 원판형으로 형성되며, 복수의 메인 히팅존(111)이 상호 측면을 접하도록 배열된다. 메인 히팅존(111)은 도면에는 하나의 원형 메인 히팅존(111)의 외곽으로 4개의 메인 히팅존(111)이 원형 메인 히팅존(111)을 감싸는 형태로 배열된 것을 도시하였으나, 이에 한정하지 아니하고 행과 열을 이루는 매트릭스 형태, 원판의 중심으로부터 외곽으로 확장되는 직선에 의해 구분되는 부채꼴 형태 등 다양한 형태가 모두 가능함은 물론이다.
메인 히터(110)는 척킹 플레이트(10)의 온도를 일차적으로 가열하는 역할을 한다. 이때, 하술할 온도 측정부의 온도 측정 포인트(130)는 마이크로 히터(120)의 마이크로 히팅존(121)에 대응되도록 구성되어 있으므로, 하나의 메인 히팅존(111)에는 복수의 온도 측정 포인트(130)가 대응된다. 이러한 메인 히팅존(111)은 대응된 복수의 온도 측정 포인트(130)에서 측정된 온도값 중 어느 하나가 해당 온도 측정 포인트(130)에 설정된 목표 온도값에 도달되는 경우 추가 가열이 이루어지지 않도록 제어되며, 바람직하게는 전원의 인가를 차단하는 것이 아니라 온도가 현상유지될 만큼의 전원이 인가된다. 이때, 메인 히팅존(111)에 인가되는 전원은 그 전력의 크기가 제어될수도 있으나, 고정된 크기의 전력이 인가 시간, 인가 간격이 조절되는 방식으로 제어될수도 있다.
마이크로 히터(120)는, 전원이 인가되었을 때 발열되어 척킹 플레이트(10)를 가열하는 역할을 하며, 복수의 선택적으로 가열되는 마이크로 히팅존(121)이 형성된다. 이러한 마이크로 히팅존(121)은 어느 온도 측정 포인트(130)가 목표 온도값에 도달되어 추가 가열이 중단된 메인 히팅존(111)의 다른 온도 측정 포인트(130)의 측정값이 목표 온도값에 도달될 때까지 보상 가열이 이루어지도록 동작된다.
이를 위하여 마이크로 히터(120)는 원판형으로 형성되며, 복수의 마이크로 히팅존(121)이 상호 측면을 접하도록 배열된다. 마이크로 히팅존(121)은 메인 히팅존(111)보다 작은 크기로 형성되며, 메인 히팅존(111)보다 많은 갯수가 배열된다. 바람직하게는, 마이크로 하팅존은 하나의 메인 히팅존(111)에 적어도 둘 이상 배열된다.
마이크로 히팅존(121)은 도면상에는 방사상으로 확장되는 직선에 의해 구분된 동심원 형상의 모양을 도시하였으나, 이에 한정하지 아니하고 오와 열을 갖는 사각 매트릭스 형태도 가능함은 물론이다.
마이크로 히터(120)는 척킹 플레이트(10)의 온도를 이차적으로 가열하는 역할을 한다. 이때, 하술할 온도 측정부의 온도 측정 포인트(130)는 마이크로 히팅존(121)에 대응되도록 구성되어 있으므로, 온도 측정 포인트(130)의 측정값이 해당 온도 측정 포인트(130)에서의 목표 온도값에 도달되면 추가 가열이 이루어지지 않도록 제어되며, 바람직하게는 전원의 인가를 차단하는 것이 아니라 온도가 현상유지될 만큼의 전원이 인가된다.
즉, 메인 히터(110)의 메인 히팅존(111) 내에서도 온도 편차가 발생될 수 있고, 각 온도 측정 포인트(130)별로 목표 온도값이 다르게 설정될 수 있는 것을 마이크로 히터(120)의 마이크로 히팅존(121)이 가열되어 보상함으로써 척킹 플레이트(10)에 안착된 웨이퍼의 전 구역이 목표 온도값으로 가열될 수 있게 된다.
이때, 제각기 다른 온도로 가열되어야 하는 마이크로 히팅존(121)에 전원을 인가하기 위해서는 모든 마이크로 히팅존(121)에 입력측과 출력측 전원을 연결하고, 모든 마이크로 히팅존(121)에 개별적으로 전원을 인가하는 방법이 있을 수 있다. 이러한 방식은 마이크로 히팅존(121)의 갯수가 적을때는 더 유용하고 신속한 응답을 받을 수 있는 방법이 될 것이다. 그러나, 마이크로 히팅존(121)이 수십개 단위가 되면, 이러한 마이크로 히팅존(121)마다 전원선을 두가닥씩 구비해야 하므로 마이크로 히팅존(121)의 두배에 해당되는 전원선이 필요로 하게 되고, 이들 수십 가닥의 전원선을 제어부까지 끌고와 연결해야 하는 등의 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명에서는 마이크로 히팅존(121)의 입력측과 출력측을 복수의 열과 행으로 이루어진 노드로 묶어 열을 이루는 노드는 전원단에, 행을 이루는 노드는 그라운드단에 선택적으로 연결되도록 구성하였다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 본 발명은, 복수의 칼럼 노드(210)와, 복수의 로우 노드(220)와, 칼럼 노드(210)에 각각 구비되어 칼럼 노드(210)를 전원단에 연결하는 칼럼 스위치(211)와, 로우 노드(220)에 각각 구비되어 로우 노드(220)를 그라운드단에 연결하는 로우 스위치(221)와, 칼럼 스위치(211)를 선택적으로 구동하는 칼럼 어드레스 컨트롤러(212)와, 로우 스위치(221)를 선택적으로 구동하는 로우 어드레스 컨트롤러(222)를 포함하여 구성되는 마이크로 히팅 컨트롤러(200)가 구비된다.
이러한 칼럼 노드(210)와 로우 노드(220)는 각각 순번이 부여된다. 예를 들어 칼럼 노드(210)가 8개, 로우 노드(220)가 8개로 구성된 경우, 칼럼 노드(210)는 1C, 2C, 3C... 8C의 순번이 부여되고, 로우 노드(220)는 1R, 2R, 3R... 8R의 순번이 부여된다.
이때, 하나의 칼럼 노드(210)와 하나의 로우 노드(220)에 각각 입력단과 출력단이 연결된 마이크로 히팅존(121)은 해당 연결된 칼럼 노드(210) 및 로우 노드(220)의 순번을 일련번호로 하는 HCR의 히팅 어드레스를 갖는다. 예를 들어, 어느 마이크로 히팅존(121)이 3C의 칼럼 노드(210)와 8R의 로우 노드(220)에 연결된 경우, 해당 마이크로 히팅존(121)의 히팅 어드레스는 H38이 되는 것이다. 이러한 히팅 어드레스는 하나의 마이크로 히팅존(121)에 하나의 히팅 어드레스가 일대일 매칭된다. 즉, 동일한 히팅 어드레스가 둘 이상의 마이크로 히팅존(121)에 매칭되지 않고 오직 하나의 히팅 어드레스에만 매칭되는 것이다.
마이크로 히팅 컨트롤러(200)는 칼럼 스위치(211) 및 로우 스위치(221)를 선택적으로 구동하여, 마이크로 히팅존(121)이 히팅 어드레스 순서로 순차 반복적으로 전원단 및 그라운드단에 연결되도록 한다. 예를 들어, 마이크로 히팅존(121)이 8*8의 히팅 어드레스를 갖는 경우, 즉, 64개의 마이크로 히팅존(121)이 각각 H11, H12, H13... H87, H88의 히팅 어드레스를 갖는 경우, 칼럼 어드레스 컨트롤러(212)가 1c부터 8c까지 순차적으로 칼럼 노드(210)를 전원단에 연결시키도록 칼럼 스위치(211)를 동작시키는 동안, 로우 어드레스 컨트롤러(222)는 1R의 로우 노드(220)가 그라운드단에 계속 연결되어 있도록 로우 스위치(221)를 동작시킨다. 이렇게 되면 전원단과 그라운드단에 양단이 연결되어 전원이 공급되는 마이크로 히팅존(121)의 어드레스는 H11부터 H18까지 순차적으로 변경되게 된다. 이후 로우 어드레스 컨트롤러(222)는 2R의 로우 노드(220)가 그라운드단에 계속 연결되어 있도록 로우 스위치(221)를 동작시키고, 칼럼 어드레스 컨트롤러(212)는 다시 1C부터 8C까지 칼럼 노드(210)가 전원단에 연결되도록 칼럼 스위치(211)를 동작시킨다. 그러면 전원이 공급되는 마이크로 히팅존(121)의 어드레스는 H21부터 H28까지 순차적으로 변경된다. 이러한 과정을 반복하여 H88의 히팅 어드레스를 갖는 마이크로 히팅존(121)까지 전원이 인가되면, 다시 H11의 히팅 어드레스를 갖는 마이크로 히팅존(121)부터 전원의 인가를 반복한다.
이때, 마이크로 히팅존(121)에 인가되는 전원은 고정된 값이 아니며, 히팅 어드레스에 매칭되어 저장된 전원값이 해당 히팅 어드레스를 갖는 마이크로 히팅존(121)의 전원 인가시에 적용된다.
이를 위하여 제어부는, 온도 측정 포인트(130)의 온도 측정값과 목표 온도값의 차를 이용하여, 각각의 마이크로 히팅존(121)에 공급될 전압의 펄스 폭을 히팅 어드레스에 매칭하여 저장하고, 마이크로 히팅 컨트롤러(200)가 마이크로 히팅존(121)을 전원단 및 그라운드단에 연결할 때 해당 마이크로 히팅존(121)의 히팅 어드레스에 대응되는 펄스 폭을 갖는 전압을 전원단에 인가한다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 온도 측정부로부터 측정된 각 온도 측정 포인트(130)의 온도 측정값은 해당 온도 측정 포인트(130)에서의 목표 온도값과 같거나 그보다 아래에 위치된다. 이러한 온도값의 차이는 실험적으로 정리된 테이블에 의해 얼마만큼의 전력이 공급되어야 해당 온도 측정 포인트(130)의 측정값을 목표 온도값에 도달시킬 수 있는지 계산되며, 이러한 계산된 전력값은 다시 전압의 펄스폭으로 변환된다. 물론, 전압의 크기를 가변함으로써 전력값을 가변시키는 방법도 있으나, 수십개의 마이크로 히팅존(121)에 서로 다른 전압을 공급하기보다는 전압값은 동일하게 설정한 후 전압의 펄스폭을 가변하는것이 신속한 제어 및 정확한 제어가 가능하다.
이때, 요구되는 전력값이 클수록, 즉, 온도 측정 포인트(130)의 측정값과 해당 온도 측정 포인트(130)에서의 목표 온도값의 차이가 클수록 전압의 펄스폭이 커지게 되는데, 요구되는 전력값이 제로인 경우에도 주어진 타임 슬롯 내에서 펄스폭이 일정 수준 이상 유지되도록 한다. 예를 들어, 요구되는 전력값이 제로인 경우 타임 슬롯 내에서의 전압의 펄스폭은 50%로, 그리고 나머지 50%부분을 요구되는 전력값에 따라 조절하여 마이크로 히팅존(121)이 가열되도록 할 수 있다. 요구되는 전력값이 제로인 경우에도 일정 부분 전력을 제공하는 이유는 어느 마이크로 히팅존(121)만 가열되지 않고 주변의 마이크로 히팅존(121)이 가열되는 경우 열의 전도에 의해 주변 마이크로 히팅존(121)의 열이 가열되지 않고 있는 마이크로 히팅존(121) 방향으로 유실되기 때문이다.
상술한 방식으로 해당 온도 측정 포인트(130)에서의 요구되는 전압의 펄스폭이 결정되면, 제어부는 이를 해당 온도 측정 포인트(130)와 대응된 마이크로 히팅존(121)의 히팅 어드레스에 매칭하여 저장한다. 그리고, 마이크로 히팅 컨트롤러(200)에 의해 마이크로 히팅존(121)이 전원단과 그라운드단에 연결될 때, 해당 마이크로 히팅존(121)의 히팅 어드레스에 매칭된 펄스폭만큼의 전압을 전원단에 제공하여, 해당 전압이 해당 마이크로 히팅존(121)에 공급될 수 있도록 한다.
그리고, 이러한 과정을 반복 수행할수록 각 온도 측정 포인트(130)에서의 측정값이 해당 온도 측정 포인트(130)의 목표 온도값에 도달되고, 결과적으로 웨이퍼의 모든 구간이 원하는 온도로 가열되게 된다.
한편, 온도 측정부는, 마이크로 히팅존(121)의 위치에 대응되는 온도 측정 포인트(130)를 갖도록 구비되는데, 온도 측정 포인트(130)라 함은 각 위치에서 물리적인 온도 측정 센서가 구비되는 것만을 의미하는 것이 아니고, 열화상 카메라의 촬영 이미지로부터 각 위치의 온도를 추출하는 것 등 공지의 온도 측정 기술에 의한 복수 지점의 온도 측정 기술이 모두 포함된다.
본 발명에서는, 여기에 추가하여 마이크로 히팅존(121)에 인가되는 전압 및 전류의 크기로부터 마이크로 히팅존(121)의 온도를 역추적하는 방식을 사용한다. 각각의 마이크로 히팅존(121)은 로우 노드(220)와의 사이에 역전류를 방지하고 스위치 역할을 하는 다이오드가 구비된다. 이러한 다이오드와 로우 노드(220)의 사이에 온도 측정용 저항이 직렬로 구비되고, 온도 측정부는 온도 측정용 저항에 흐르는 전류값으로부터 해당 마이크로 히팅존(121)의 온도를 추정한다.
이는 다이오드가 온(On) 상태에서 포워드(forward) 전류가 흐르는데, 이때 흐르는 전류는 다이오드가 연결된 마이크로 히팅존(121)의 온도에 따라 변화하는 성질을 이용한 것이다. 전류는 다이오드가 연결된 마이크로 히팅존(121)의 온도가 높을수록 더 많이 흐르며, 이러한 온도와 전류의 크기는 각각의 마이크로 히팅존(121)에 똑같은 펄스폭을 갖는 전압을 인가한 후 실시간으로 마이크로 히팅존(121)의 온도를 측정함으로써, 마이크로 히팅존(121)의 온도에 따른 전압 전류값 데이터를 테이블화하여 저장할 수 있다. 또한, 이때, 실시간으로 웨이퍼의 온도 데이터도 구하여 마이크로 히팅존(121)의 온도에 따른 웨이퍼의 온도 데이터 역시 테이블화하여 저장하며, 이러한 데이터를 이용하여 마이크로 히팅존(121)의 목표 온도값을 설정할 수 있다.
상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 둘 이상의 히팅존이 형성되는 메인 히터(110)와, 메인 히터(110)보다 작은 크기의 히팅존이 메인 히터(110)보다 많은 갯수로 형성되는 마이크로 히터(120)가 상호 층상으로 결합되어 구비됨으로써, 메인 히터(110)로서 전체적인 가열을 진행하고, 마이크로 히터(120)로서 세부 온도 조절이 가능하여, 척킹 플레이트(10) 상면에 안착된 웨이퍼의 온도를 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로 히터(120)의 각 히팅존에 대응된 온도 측정 포인트(130)의 실제 측정값으로써 메인 히터(110) 또는 마이크로 히터(120)의 인가 전원을 제어함으로써, 실제 웨이퍼의 온도가 전 구간에 걸쳐 원하는 온도로 형성되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로 히팅존(121)의 입력측과 출력측을 복수의 열과 행으로 이루어진 노드로 묶어 열을 이루는 노드는 전원단에, 행을 이루는 노드는 그라운드단에 선택적으로 연결되도록 구성함으로써, 마이크로 히팅존(121)을 제어하기 위한 물리적 구조를 간략화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 온도 측정 포인트(130)의 온도 측정값과 해당 온도 측정 포인트(130)에서의 목표 온도값의 차를 이용하여 각각의 마이크로 히팅존(121)에 공급될 전압을 펄스폭으로서 가변함으로써, 전압의 제어가 신속하고 정확한 효과가 있다.
10 : 척킹 플레이트 11 : 전극
100 : 히터 플레이트
110 : 메인 히터 111 : 메인 히팅존
120 : 마이크로 히터 121 : 마이크로 히팅존
130 : 온도 측정 포인트
200 : 마이크로 히팅 컨트롤러 210 : 칼럼 노드
211 : 칼럼 스위치 212 : 칼럼 어드레스 컨트롤러
220 : 로우 노드 221 : 로우 스위치
222 : 로우 어드레스 컨트롤러

Claims (8)

  1. 상편이 평면인 세라믹 플레이트와, 상기 세라믹 플레이트 내부에 삽입되는 전극으로 이루어져, 상기 전극에 전원이 인가될 시 세라믹 플레이트의 상면에 정전기가 발생되어 상기 세라믹 플레이트의 상면에 안착된 웨이퍼를 고정시키는 척킹 플레이트;
    상기 척킹 플레이트의 하부에 구비되어 전원의 인가시 발열되어 상기 척킹 플레이트를 가열시키되, 적어도 둘 이상의 선택적으로 가열되는 메인 히팅존이 형성되는 메인 히터와, 상기 메인 히터와 상면 또는 하면을 접하도록 구비되며 상기 메인 히팅존보다 작은 크기의 마이크로 히팅존이 상기 메인 히팅존보다 많은 갯수로 형성되어 선택적으로 가열되는 마이크로 히터를 포함하는 히터 플레이트;
    상기 메인 히터 또는 상기 마이크로 히터에 인가되는 전원을 조절하는 제어부;
    상기 마이크로 히팅존 위치에 대응되는 온도 측정 포인트가 형성된 온도 측정부;
    를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 온도 측정부의 각 상기 온도 측정 포인트별 측정값을 토대로 상기 메인 히터 또는 상기 마이크로 히터에 인가되는 전원을 조절하는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 각각의 상기 온도 측정 포인트마다 목표 온도값이 설정되고, 어느 메인 히팅존의 위치에 대응된 상기 온도 측정 포인트의 측정값 중 어느 하나가 해당 온도 측정 포인트의 목표 온도값에 도달되면 해당 메인 히팅존의 추가 가열을 중단하는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 모든 상기 메인 히팅존의 추가 가열이 중단되면, 모든 상기 온도 측정 포인트의 측정값이 해당 온도 측정 포인트에서의 목표 온도값이 되도록 각각의 상기 마이크로 히팅존에 선택적으로 전원을 인가하는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    복수의 칼럼 노드, 복수의 로우 노드, 상기 칼럼 노드에 각각 구비되어 상기 칼럼 노드를 전원단에 연결하는 칼럼 스위치, 상기 로우 노드에 각각 구비되어 상기 로우 노드를 그라운드단에 연결하는 로우 스위치, 상기 칼럼 스위치를 선택적으로 구동하는 칼럼 어드레스 컨트롤러, 상기 로우 스위치를 선택적으로 구동하는 로우 어드레스 컨트롤러를 포함하는 마이크로 히팅 컨트롤러;
    를 포함하며,
    각각의 상기 마이크로 히팅존은 상기 칼럼 노드 및 상기 로우 노드에 입력단과 출력단이 전기적으로 연결되어, 연결된 칼럼 노드 및 로우 노드의 순번을 일련번호로 하는 히팅 어드레스를 갖는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히팅 어드레스는 상기 마이크로 히팅존과 일대일 매칭되는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로 히팅 컨트롤러는, 상기 칼럼 스위치 및 상기 로우 스위치를 선택적으로 구동하여, 상기 마이크로 히팅존이 상기 히팅 어드레스 순서로 순차 반복적으로 상기 전원단 및 상기 그라운드단에 연결되도록 하는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도 측정 포인트의 온도 측정값과 목표 온도값의 차를 이용하여, 각각의 상기 마이크로 히팅존에 공급될 전압의 펄스 폭을 상기 히팅 어드레스에 매칭하여 저장하고, 상기 마이크로 히팅 컨트롤러가 상기 마이크로 히팅존을 상기 전원단 및 상기 그라운드단에 연결할 때 해당 마이크로 히팅존의 히팅 어드레스에 대응되는 펄스 폭을 갖는 전압을 상기 전원단에 인가하는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마이크로 히팅존은, 상기 로우 노드와의 사이에 다이오드 및 온도 측정용 저항이 직렬로 구비되고, 상기 온도 측정부는 상기 온도 측정용 저항에 흐르는 전류값으로부터 해당 마이크로 히팅존의 온도를 추정하는 멀티존을 갖는 정전척 히터의 제어 시스템.
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KR101472404B1 (ko) 2014-05-07 2014-12-12 (주)보부하이테크 낮은 누설전류와 색상 균일도가 향상된 반도체 제조용 질화알루미늄 세라믹히터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 낮은 누설전류와 색상 균일도가 향상된 반도체 제조용 질화알루미늄 세라믹히터

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