KR100295169B1 - 내장된프로세스제어감지기를갖고있는다구역조명기 - Google Patents

내장된프로세스제어감지기를갖고있는다구역조명기 Download PDF

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Abstract

램프 하우징(lamp housing)의 반사기 측 내에 내장된 다수의 광원 램프 및 가상 램프를 포함하는, 반도체 웨이퍼를 프로세스하는 다구역 조명기(multi-zone illuminator)가 기술된다. 광원 램프는 다수의 동심원 구역 내에 배열된다. 또한, 상기 조명기는 반도체 웨이퍼 온도 및 이의 분포 균일성을 측정하기 위한 다점식 온도 감지기를 수용하는 다수의 광 파이프를 포함한다. 금 도금된 반사기 플레이트는 광 에너지를 웨이퍼 표면을 향하여 반사시켜서 조사하기 위해 상기 램프 하우징의 하부 측에 부착된다. 상기 반사기 플레이트와 상기 웨이퍼 사이의 공간 및 상기 램프와 상기 웨이퍼 사이의 공간은 공간 엘리베이터 및 어댑터 어셈블리를 사용하여 조정될 수 있다. 본 발명의 다구역 조명기는 과도 및 정상 상태 웨이퍼 가열 사이클 동안에 균일하게 웨이퍼를 가열할 수 있게 한다.
또한, 그 밖의 다른 장치, 시스템 및 방법이 개시된다.

Description

내장된 프로세스 제어 감지기를 갖는 다구역 조명기
제1도는 본 발명을 사용하여 반도체 장치를 프로세스하기 위한 단일-웨이퍼 급속 열 프로세싱 반응기를 도시한 개략도.
제2도는 제1도의 프로세싱 챔버와 관련하여 본 발명의 양호한 실시예를 부분적으로 절단하여 도시한 개략도.
제3도는 본 발명의 다구역 조명기의 양호한 실시예를 간략하게 도시한 도면.
제4도는 본 발명에 따른 다구역 조명기를 개략적으로 도시한 정면도.
제5도는 본 발명에 따른 다구역 조명기를 개략적으로 도시한 저면도.
제6도는 본 발명에 따른 다구역 조명기를 개략적으로 도시한 측면도.
제7(a)도 내지 제7(d)도는 본 발명에 따른 배전 시스템을 도시한 개략도.
제8도는 본 발명에 따른 광 간섭 제거 회로(LIEC)의 동작을 도시한 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : RTP 반응기 114 : 개스 주입기
122 : 플라즈마 주입기 126 : 프로세스 챔버
130 : 다구역 조명기 150 : 프로세스 제어 컴퓨터
152 : 다구역 제어기 200 : 수냉식 램프 하우징
본 발명은 반도체 장치 프로세싱에 관한 것으로, 더욱 상세히 말하면 급속 열 프로세싱 반응기 내에서 균일 웨이퍼를 프로세스하기 위한 내장된 실시간 프로세스 제어 감지기를 갖고 있는 다구역 조명기에 관한 것이다.
본 발명의 범위를 제한하지 않고, 본 발명의 배경 설명은 예로서 반도체 웨이퍼의 단일-웨이퍼 급속 열 프로세싱에 관련하여 기술된다.
반도체의 단일-웨이퍼 급속 열 프로세싱(Rapid Thermal Processing; RTP) 기술은 VLSI(Very Large Scale Integrated) 및 ULSI(Ultra Large Scale Integrated) 전자 장치의 제조에 유력하고 다예한 기술이다. 이것은 저열 대량 광자-보조 고속 웨이퍼 가열 단계와 비활성 또는 반응성 분위기의 반도체 웨이퍼 프로세싱 단계를 결합시킨 것이다. 웨이퍼 온도 및 프로세스 환경은 민감하게 변화될 수 있으므로, 각각의 제조 단계는 제조된 장치의 전체적 전기적 성능을 향상시키기 위해 독립적으로 최적화될 수 있다.
반도체 웨이퍼의 급속 열 프로세싱(RTP) 기술을 단일-웨이퍼 램프-가열식 열 프로세싱 반응기 내에 개선된 웨이퍼 대 웨이퍼 프로세스 반복력을 제공한다. 종 래의 RTP 시스템에 있어서, 정상 상태 가열 단계 동안에 웨이퍼를 균일하게 가열하기 위해서 설계 자원 및 조건들을 상당히 소비했다. 이러한 종래 기술의 시스템은 단일 구역 또는 매우 제한된 비대칭 다구역 제어 능력을 제공하는 조명기로 설계되었다. 그러므로, 조명기의 전력을 증가시키거나 감소시키는 경우에, 전체 웨이퍼 온도 분포에 영향을 미친다. 결과적으로, 정상 상태, 및 동적 과도 가열 및 냉각 사이클 동안에 웨이퍼 온도 균일성을 조정하거나 최적화시키는데 실시간 조정 및 제어 능력이 불충분하게 된다. 이러한 결과로서, 과도 가열 또는 냉각 프로세스 세그먼트는 프로세스 비균일성 뿐만 아니라 슬립 변위를 발생시킬 수 있다. 여러가지 프로세스 파라미터는 RTP 균일성에 영향을 미쳐서 균일성을 저하시킬 수 있다. 종래 기술의 RTP시스템은 고정된 압력에서 정상 상태 온도 균일성을 제공하도록 최적화된다. 그러므로, 압력 또는 개스 유동률의 변화가 또한 RTP 균일성을 저하시킬 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 한 형태에 있어서, 램프 하우징의 반사기 측면 내에 내장된 다수의 개별 광원 램프를 포함하는 반도체 웨이퍼의 프로세싱에 사용된 다구역 조명기에 대해 기술된다. 광원 램프는 광 에너지를 발생시켜서 조사하기 위해 다수의 동심원 구역 내에 배열된다. 또한, 조명기는 실제 웨이퍼 가열시에 사용되지 않은 다수의 가상 램프를 갖고 있는 광 간섭 제거 회로(LIEC)를 포함한다. 광섬유 방사선 감지기를 수용하기 위해 광 파이프를 포함하는 각각의 원 구역에 최소한 하나의 가상 램프가 있다. 이 광섬유 방사선 감지기는 가상 램프로부터의 방사선을 측정한다. 또한, 단일 가상 램프를 모든 구역에 사용할 수도 있다. 그러나, 각각의 영역에 하나의 전용 가상 램프를 사용하는 것이 양호하다. 금 도금한 반사기 플레이트는 광 에너지를 반사시켜 조사하기 위해 램프 하우징의 하부 측면에 부착된다. 램프와 웨이퍼간의 공간에 조정 가능한 엘리베이터를 사용하고 램프하우징과 프로세스 챔버 사이에 조정 가능한 어댑터를 사용함으로써 반사기 플레이트와 웨이퍼 사이의 공간, 및 램프와 웨이퍼 사이의 공간이 조정될 수 있다.
본 발명의 장점은 동심원 다구역 구조를 사용하여 광범위한 개스 압력 및 유동률에 걸쳐 웨이퍼를 균일하게 가열하는데 있다.
본 발명의 다른 장점은 조정 가능한 반사기와 웨이퍼 사이의 공간 및 램프와 웨이퍼 사이의 공간을 사용하는 점이다.
본 발명의 또 다른 장점은 다점식 온도 감지기 및 광 간섭 제거 성분의 실행 수단을 최소한의 공간 및 패키징 복잡도로 제공하는데 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해 설명하겠다. 도면 상에서 대응 부분에는 동일한 참조 부호를 붙였다.
VLSI/ULSI 회로 공간 내의 장치의 크기를 계속하여 단계적으로 축소시키는데는 복잡한 마이크로엘렉트로닉 장치를 제조하는데 필요한 제조 기구 및 기술을 요구한다. 급속한 기술 향상으로 디지탈 집적 회로의 최소 형태 크기를 서브미크론 규격으로 감소시켰다. 이러한 결과로서, 단시간 및/또는 활성화 저온 프로세스는 도펀트 분포 문제점을 최소화시키는데 필수적으로 고려되어, 장치 제조 수율을 증가시키고, 장치 제조 시퀀스 동안에 향상된 프로세스 제어를 달성한다.
RTP는 적절한 고속 회송 집적 회로를 제조하는데 바람직하게 고려된 단일 웨이퍼 프로세싱 방법론에 기초하여 동작한다.
제1도는 본 발명의 환경을 설정하는 반도체 프로세싱 반응기(100)를 도시한 개략도이다. 텍사스 인스트루먼츠사의 선행 자동차 진공 프로세서(AVP)와 같은 단일 웨이퍼 RTP 반응기(100) 내부에 반도체 웨이퍼(60)가 존재할 수 있다. 제1도의 하부 우측 코너에 있는 개스 분포 네트워크(102)는 2개의 개스 매니폴드, 즉 비플라즈마 프로세스 개스 매니폴드와 플라즈마 매니폴드를 포함할 수 있다. 비플라즈마 개스 매니폴드는 개스 라인(104)을 경유하여 반응기 벽(108) 및 프로세스 챔버 벽(110)을 통해 관통하여 접지 전극(112)을 통해 개스 주입기(114) 내로 진행한다. 플라즈마 매니폴드는 프로세스 플라즈마를 발생시키기 위해 개스 라인(106)을 경유하여 방전 캐비티(118)에 접속한다. 프로세스 플라즈마 활성화 종은 반응기 케이싱(108) 및 프로세스 챔버 벽(110)을 통해 플라즈마 방전 튜브(120) 내부를 통과하여, 접지 전극(112)을 통해 비플라즈마 개스 주입기 어셈블리(114) 근처의 플라즈마 주입기(122) 내로 진행한다. 저열 대량 핀(124)에 의해 지지된 상기 개스 주입기 어셈블리(114) 및 플라즈마 주입기(122)는 반도체 웨이퍼(60)에 존재한다. 저열 대량 핀(124)은 프로세스 챔버(126) 내부의 접지 전극(112)(또는 라이너, 도시되지 않음)에 의해 지지된다. 웨이퍼 프로세싱은 열 활성화만으로, 또는 열과 플라즈마 프로세스 활성화의 결합으로 행해질 수 있다.
프로세스 챔버(126)는 반도체 웨이퍼(60)를 본 발명의 다구역 조명기(130)로부터 분리시키는 광 수정 윈도우(128)를 포함한다. 1991년 4월 24일자로 출원되어 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드사에 양도된 엠. 모슬레히(M. Moslehi)의 미합중국 특허 출원 제702,646호에 기술된 바와 같이, 다구역 조명기(130)와 관련하여 다점식 온도 감지기(132; 도시되지 않음)를 가질 수 있다. 진공 펌프 접속부(134)는 프로세스 챔버(126)으로부터 그리고 펌핑 패키지(136) 내로 프로세스 개스 및 플라즈마가 흐르는 것을 방지한다. 부수적으로, 절연 게이트(138)는 반도체 웨이퍼(60)가 진공 로드-록크 챔버(140)로부터 RTP 프로세스 챔버(126) 내로 통과할 수 있게 한다. 반도체 웨이퍼(60)가 프로세스 챔버(126) 내로 이동할 수 있게 하기 위해, 챔버 칼라 리프트 메카니즘(142)은 챔버 칼라(110)를 지지한다.
진공 로드-록크 챔버(140) 내부에는 웨이퍼 핸들링 로보트(146)가 프로세스동안 단일 반도체 웨이퍼(60)를 이동시키는 반도체 웨이퍼(60)의 카세트(144)가 존재한다. 로드-록크 챔버(140)를 진공 상태로 유지시키기 위해, 로드-록크 챔버(140)는 진공 펌프 접속부(148)을 포함한다.
프로세스 제어 컴퓨터(150)는 RTP 반응기(100) 내의 반도체 웨이퍼(60)의 프로세싱을 제어한다. 프로세스 제어 컴퓨터(150)로부터의 제어 신호는 다구역 제어기(152)로의 신호를 포함한다. 제어기(또는 다구역 제어기)(152)는 여러 신호를 다구역 램프 모듈 전원 공급기(154)에 제공한다. 조명기 전원 공급기(154)는 다구역 조명기(130)의 전력을 고정시킨다.
또한, 프로세스 제어 컴퓨터(150)는 개스 및 플라즈마 유입구 유량 신호를 개스 분포 네트워크(102) 내의 질량-흐름 제어기에 제공할 뿐만 아니라 압력 고정점을 펌핑 패키지(136)에 제공한다. 방전 캐비티(118)에서 플라즈마 종의 적절한 활성화를 제공하기 위해, 압력 제어 컴퓨터(150)는 양호한 실시예에서 2450 MHZ의 주파수에서 동작하는 마이크로파 광원(156)에 제어 신호를 제공한다.
프로세스 제어 컴퓨터(150)는 식별하고/예측하기 위해 라인(158)을 경유하여 다구역 조명기(130)의 상태를 확인하고, 다점식 감지기(도시되지 않음)의 온도 판독에 응답하여 다중 온도 제어 신호를 다구역 제어기(152)에 제공한다. 다구역 제어기는 (컴퓨터로부터) 원하는 웨이퍼 온도 고정점뿐만 아니라 측정된 다점식 온도감지기 출력(도시되지 않음)을 수신하고 전력 고정점을 램프 구역 전력 공급기에 송출한다. 프로세스 제어 컴퓨터(150)과 본 발명의 다구역 조명기(130) 사이의 감지 라인(159)은 램프의 열화 및 결함을 모니터하기 위해 구역 램프의 상태 뿐만 아니라 실시간 반도체 웨이퍼(60)의 온도 측정용 다점식 온도 감지기(도시되지 않음)로부터의 신호를 포함한다.
제2도는 본 발명의 RTP 반응기(100)로서 동작하는 텍사스 인스트루먼츠사의 AVP 또는 선행/자동화 진공 프로세서를 도시한 사시도이다. 프로세스 챔버(126)는 반응기 프레임(136) 상에 장착된다. 프로세스 챔버(126)은 다구역 조명기(130)를 견고하게 지지한다. 반도체 웨이퍼(144)를 보유하기 위해 카세트(160)를 갖고 있는 진공 로드-록크 챔버(140)가 프로세스 챔버(126)에 인접하여 배치된다. 여러가지 소자와 연관된 프로세싱 반응기(100)의 동작을 제어하는 프로세스 제어 컴퓨터(150)는 진공 로드-록크 챔버(140)에 인접하여 배치된다.
제3도는 본 발명의 다구역 조명기(130)의 주요 구성 부품(구성 부품들은 서로 따로따로 도시됨)을 도시한 개략도이다. 주요 구성 부품은 수냉식 램프 하우징(200)/반사기(230), 다구역 가열 램프의 어레이(328), 램프 소켓 기부판(322), 및 전력 배선 모듈(320)을 포함한다. 전력 배선 모듈(320)은 램프 구역과 외부 전원공급기(도시되지 않음) 사이에 전기적 접속부를 제공한다. 기부판(322)은 모든 램프 소켓을 보유한다. 다구역 가열 램프(328)는 수냉식 램프 하우징/반사기 어셈블리(200) 내부의 수냉식 램프 튜브(329)를 통해 관통한다. 직경이 더 작은 추가 수냉식 튜브(326)는 다구역 램프 및 온도 제어용 다점식 온도 감지기 시스템을 삽입하기 위해 포함된다. 이러한 감지기들은 전력 배선 모듈(320), 램프 기부판(322), 및 수냉식 램프 하우징(200)/반사기(230) 사이에 배치되는 여러가지 홀(325, 324, 210)을 통해 다구역 조명기 어셈블리(130)내로 삽입된다.
제4도에는 본 발명의 양호한 실시예가 더욱 상세하게 도시되어 있다. 다구역 조명기(130)는 가열 램프(220) 및 가상 램프(222)의 어레이가 돌출하는 일련의 개구부 또는 튜브를 갖고 있는 램프 하우징(200)으로 구성된다. 가상 램프(222)는 하우징(200)의 주변에 도시되어 있지만 이들은 다른 곳에 배치될 수도 있다. 하우징(200)의 하부는 금 도금된 반사기 플레이트(230)이다. 램프 하우징(200)은 반사기(230) 및 고온계 광 파이프(210)의 가열을 방지하기 위해 수냉각된다. 제5도를 참조하면, 램프(220)는 조명기의 축을 따라 점 광원으로서 수직으로 배열되고 소정의 동심원 형태 링 상에 분포된다. 본 발명의 양호한 실시예는 4개의 동심원 형태링을 사용하고, 각각의 링은 하나의 가열 구역을 형성한다. 링(또는 구역)의 수는 4개 초과이거나 4개 미만일 수 있다. 구역 1은 5개의 가열 램프(240), 및 하우징(200)의 주변 상에 배치된 주변 가상 램프(242)로 구성된다. 구역 2는 11개의 가열 램프(250), 및 하우징(200)의 주변 상에 배치된 가상 램프(252)로 구성된다. 구역 3은 20개의 램프(260), 및 하우징(200)의 주변 상에 배치된 4개의 가상 램프(262, 264, 266 및 268)로 구성된다. 구역 4는 29개의 램프(270), 및 하우징(200)의 주변 상에 배치된 가상 램프(272)로 구성된다. 양호한 실시예에서, 램프(220)는 각각 1KW 텅스텐-할로겐 램프이다. 그러나, 500 W, 750W, 2KW 또는 그 이상의 정격을 갖는 램프도 사용될 수 있다. 텅스텐-할로겐 형태와 상이한 그 밖의 다른 램프의 형태도 사용될 수 있다.
제4도를 참조하면, 하우징(200)은 광 윈도우(290)에 의해 웨이퍼(60) 상에 이 웨이퍼(60)과 분리되어 배치된다. 광 윈도우(290)는 수정 또는 다른 투명 물질로 제조될 수 있다. 광 윈도우(290)의 주변 하부 연부상에 반사막 피복부(295)가 있다. 반사막(295)은 예를 들어, 크롬으로 제조될 수 있고, 진공 O형 링 밀봉부가 램프의 광에 직접 노출되지 못하도록 하기 위해 사용될 수 있다. 반사기 플레이트(230)와 웨이퍼(60) 사이의 공간 및 가열 램프(220)와 웨이퍼(60) 사이의 공간은 조정 가능한 엘리베이터(300), 및 램프 하우징(200)과 수정 윈도우(290) 사이에 배치된 어댑터 링에 의해 조정된다. 모터(350)는 안내 나사(330)를 구동시켜서 너트(370)를 상승시키거나 하강시킨다. 너트(370)는 캐리지(202)에 접속된다 캐리지(202)는 배선 모듈(320) 및 램프 지지부에 접속된다. 이 메카니즘은 주요 램프 하우징(200) [반사기(230)]에 대해 램프 어레이를 상승시키거나 하강시킨다. 분리 메카니즘(도시되지 않음)은 램프 반사기(230)와 수정 윈도우(290) 사이의 공간을 조정하기 위해 제공된다. 엘리베이터 메카니즘(300)은 2가지 목적, 즉 (i) 주어진 반사기와 수정 사이의 공간에 대한 램프 어레이와 수정 윈도우(290) 사이의 상대 공간을 조정하고, (ii) 주요 램프 하우징(200) [수냉식 반사기(230)]으로부터 전체 램프 어레이 및 관련 배선 모듈(320)을 위로 끌어올리기 위해 사용될 수 있다. 후자의 목적은 램프를 교체하기 위해 램프 어레이를 회전시킬 수 있게 한다. 이러한 결과로서, 조명기의 총 광속 및 이것의 분포 패턴은 챔버 압력 및 총 개스 유동률을 포함하는 광범위한 프로세스 파라미터에 최적화될 수 있다. 제4도는 전형적인 근거리 광 윈도우(290)에서의 램프 하우징(200)을 도시한 것이다. 제6도는 조명기(130)의 측면도로서, 보존 조명기 어셈블리의 회전용 피보트뿐만 아니라 4개의 동심원 구역 내의 여러 램프의 방사상 위치를 나타낸다.
전원 공급기(340 내지 370)는 3개 위상의 전원 공급기이다. 제7도를 참조하면, 구역 1은 전원 공급기(340)에 의해 전원이 공급된다. 램프(240)는 다음과 같이 접속될 수 있다. 램프(240a 및 240b)는 위상 1과 위상 2 사이에 직렬로 접속되고, 램프(240c 및 240d)는 위상 2와 위상 3 사이에 직렬로 접속되며, 램프(240e) 및 가상 램프(242)는 위상 1과 위상 3 사이에 직렬로 접속된다.
제7도를 참조하면, 구역 2는 전원 공급기(350)에 의해 전원이 공급된다. 위상 1과 위상 2 사이에 램프(250a 및 250b)가 직렬로 접속되고, 램프(250c 및 250d)가 직렬로 접속된다. 위상 2와 위상 3 사이에, 램프(250e 및 250f)가 직렬로 접속되고, 램프(250g 및 250h)가 직렬로 접속된다. 위상 1과 위상 3 사이에, 램프(250i 및 250j)가 직렬로 접속되고, 램프(250k) 및 가상 램프(252)가 직렬로 접속된다.
제7도를 참조하면, 구역 3은 전원 공급기(360)에 의해 전원이 공급된다. 위상 1과 위상 2 사이에, 램프의 쌍(260a와 260b, 260c와 260d, 260e와 260f, 및 260g와 262)이 직렬로 접속될 수 있다. 위상 2와 위상 3 사이에, 램프 쌍(260h와 260i, 260j와 260k, 260l과 260m, 및 260n과 264)이 직렬로 접속될 수 있다. 위상 1과 위상 3 사이에, 램프 쌍(260o와 260p, 260q와 260r, 260s와 266, 및 260t와 268)이 직렬로 접속될 수 있다.
제7도를 참조하면, 구역 4는 전원 공급기(370)에 의해 전원이 공급된다. 위상 1과 위상 2 사이에, 램프 쌍(270a와 270b, 270c와 270d, 270e와 270f, 270g와 270h, 및 270i와 272)이 직렬로 접속될 수 있다. 위상 2와 위상 3 사이에, 램프 쌍(270j와 270k, 270l과 270m, 270n과 270o, 270p와 270q, 및 270r과 270s)이 직렬로 접속될 수 있다. 위상 1과 위상 3 사이에, 램프 쌍(270t와 270u, 270v와 270w, 270x와 270y, 270z와 270aa, 및 270ab와 270ac)이 직렬로 접속될 수 있다. 상술된 접속 방법은 단지 한 예일 뿐이다. 본 분야에 숙련된 기술자들이면, 전원 공급기와 램프 전압 정격에 따라 다르게 조합할 수 있다.
예를 들어, 램프(220)는 텅스텐-할로겐 또는 플라즈마 아크 램프일 수 있고, 프로세스 동안에 반도체 웨이퍼(60)를 가열하는데 사용될 수 있다. 양호한 실시예에서 동심원 형태 링의 램프(220)는 58 KW 정도의 전력을 RTP에 제공한다. 각각의 구역 내의 다중 램프 광원 및 서로에 대한 근접성으로 인하여, 각각의 구역은 웨이퍼(200)의 표면에서 연속적인 광자 방사 링을 제공하여 균일한 웨이퍼 가열을 초래한다. 구역 내에 다수의 독립적인 점 광원 램프를 사용하고 이들을 하나의 전원공급기에 접속시키면 복잡도가 상당히 감소되고, 단일 링형 램프를 제공하는 것보다도 경제적이고 실용적이다.
가상 램프(222)는 이들의 출력 방사선이 웨이퍼(60)으로부터 분리되도록 이들이 하우징(200) 내에 배치된 점을 제외하고는 램프(220)와 동일하다. 제4도에 도시된 바와 같이, 가상 광 파이프의 단부를 캡(224)으로 차단시킴으로써 분리될 수 있다. 가상 램프(242, 252, 262, 264, 266, 268 및 272)는 후술된 바와 같은 광 변조 심도를 측정하기 위한 것이고, 예를 들어 고온계에 기초한 정밀한 온도 측정용으로 사용된다.
1991년 4월 24일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제702,646호에 기술된 바와 같은 다점식 온도 감지기는 과도 및 정상 상태 열 사이클 동안에 균일한 제어 및 실시간 온도 측정을 실행하는데 사용될 수 있다. 그러나, 수정 윈도우(290)가 이들 파장에서 투과되기 때문에 적외선 파장이 3.5 미크론 미만인 방사선을 발생시키는 램프가 바람직하다. 그러나, 3.5 미크론 미만의 파장에서, 고온 측정은 온도측정 에러를 상당히 야기시키고 프로세스 반복성 문제를 야기시킬 수 있는 램프 간섭 효과의 영향을 받게 된다. 그러므로, 광 간섭 제거 회로(LIEC)가 바람직하다.
각각의 가상 램프는 이들의 각각의 구역에서 LIEC 변조 심도를 측정하고 제어하기 위해 광 간섭 제거 회로(LIEC)의 고온계 삽입 광 파이프(205)를 포함한다. 광 파이프(205)와 연관된 가상 광 고온계(206)(제8도에 도시됨)은 가상 램프(222)로부터의 방사선을 측정한다. 또한, 다중 고온계 삽입 광 파이프(210)는 5 이상의 방사 웨이퍼 온도 측정치에 이르기까지 하우징(200) 내에 내장된다. 광 파이프(210)와 연관된 웨이퍼 고온계(211)는 이들의 간섭에 기인한 램프(220) 및 웨이퍼(60)로부터의 방사선을 측정한다. 전력 변조 소오스(도시되지 않음)는 가상 램프(222)의 출력 방사선이 선택된 AC 변조로 변화하지만, 웨이퍼(60)의 온도가 거의 일정하게 유지되도록 선택된 변조 심도로 전원을 변조시키기 위해 제공된다. 웨이퍼 가열 램프(220)에 의해 방출된 광 파이프(210)와 연관된 고온계에 의해 접속된 총 방사선 분율을 결정하고, 웨이퍼(60)의 실제 온도를 계산하기 위한 회로가 제공된다. 제8도를 참조하면, 램프 방사선의 샘플 또는 일부의 스펙트럼 출력은 가상램프 고온계(206)에 의해 측정된다. 스펙트럼 출력은 AC 성분 △I(참고로, △I는 피크 대 피크의 AC 신호임) 및 DC 성분 I를 포함한다. 가상 램프 고온계(206)는 동일한 스펙트럼 밴드 △λ 에서 동작하므로, 웨이퍼 고온계와 같이 동일한 중심 파장에서 동작한다. 예로서, λo는 3.3μm이고, △λ 는 0.4 μm이다.
램프 고온계 출력 신호는 DC 성분 I를 출력하는 저역 통과 필터(428)에 제공된다. 또한, 가상 램프 고온계(206)의 출력은 고역 통과 필터(430)에 제공되고, 램프 세기 △I의 AC 부분을 교대로 출력하는 DC로의 피크 대 피크 변환기(432)에 제공된다[주의 : 원한다면, 2개의 블럭(430 및 432)는 LIEC의 기능성에 영향을 미치지 않고 바이패스될 수 있다].
램프 방사 변조 심도(ML)은 분할기(434) 내에서 가상 램프 고온계(206)의 AC성분 △I의 피크 대 피크치를 이것의 DC 성분 I로 분할함으로써 결정된다.
이와 동시에, 웨이퍼 고온계(211)의 AC 성분 △I′는 고역 통과 필터(436), 및 DC로의 피크 대 피크 변환기(438)로부터 결정된다. 그 다음, 웨이퍼 고온계(211)의 AC 성분 △I′는 분할 회로(440)에서 측정된 램프 변조 심도(ML)로 분할된다. 분할기의 출력 Y2는 DC 램프 간섭량, 즉 웨이퍼 온도 감지기 또는 웨이퍼 고온계(211) 내의 주요 광원의 측정 에러량이다. 또한, 블럭(430 및 432)이 제거되고/바이패스되면, 블럭(436 및 438)은 제거되고/바이패스된다.
램프 간섭 효과 또는 Y2는 차동 증폭기 회로(444) 내에서 저역 통과 필터(442)로부터 얻어진 웨이퍼 고온계(211)로부터의 DC 성분 I′가 감해질 수 있다. 차동 회로(444)의 출력 Y3은 실제 웨이퍼 온도에 기초하고, 실제로 모든 램프 간섭부는 제거된다.
또한, 이러한 기술은 고온계의 스펙트럼 밴드 내에서 스펙트럼 웨이퍼 반사율(또는 복사율)에 관한 실시간 데이타를 제공한다. 이러한 정보는 고온계를 사용한 웨이퍼 온도 측정의 실시간 보정/보상에 사용될 수 있다. 스펙트럼 반사율은 웨이퍼 고온계(211)에 의해 검출된 AC 신호 레벨 △I′와 가상 램프 고온계(206)에 의해 검출된 AC 신호 레벨 △I의 비에 반드시 비례한다. 복사율은 제8도에서 Y4로 표시된 분할기(452)의 출력에 비례한다. Y4는 고온계에서처럼 동일한 중심 파장에서의 웨이퍼 스펙트럼 복사율의 측정치이다. 내장된 가상 램프가 없는 LIEC의 동작에 대한 더욱 상세한 설명은 여기에서 참조로 사용되고, 1991년 10월 30일자로 출원되어 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드사에 양도된 계류중인 미합중국 특허출원 제785,386호에 기술되어 있다.
몇몇 양호한 실시예에 대해 상세하게 상술하였다. 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도에서 상술된 실시예와 상이한 실시예도 포함한다.
본 발명은 양호한 실시예에 대해 설명되었지만, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니며, 본 분야에 숙련된 기술자들이라면 본 발명을 여러가지로 변형 및 조합할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허 청구의 범위 내에서만 제한된다.

Claims (21)

  1. 반도체 웨이퍼를 프로세스하기 위한 다구역 조명기(multi-zone illuminator )에 있어서, a. 하부 측을 갖는 램프 하우징(lamp housing), b. 상기 하부 측 내에 내장되어, 광 에너지를 발생시켜서 조사하기 위해 다수의 동심원 구역 내에 배열된 다수의 점 광원 램프(point source lamps), c. 광 에너지를 반사시켜서 조사하기 위해 상기 하부 측에 부착된 반사기 플레이트, 및 d. 광 변조 심도를 측정하기 위해 상기 하부 측에 내장되어 하나 이상의 상기 동심원 구역과 연관되는 하나 이상의 가상 램프(dummy lamp)를 포함하는 광 간섭 제거 회로(light interference elimination circuit: LIEC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  2. 제1항에 있어서, a. 상기 하부 측에 내장된 다수의 광 파이프, 및 b. 하나 이상의 가열 구역과 연관된 하나 이상의 상기 가상 램프 내에 배치된 광 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광 간섭 제거 회로가 a. 상기 하부 측 내에 내장된 상기 다수의 광 파이프 내에 삽입 가능한 다수의 웨이퍼 온도 감지기, b. 상기 가상 램프 내에 배치된 상기 광 파이프 내에 삽입 가능한 다수의 램프 방사선 감지기, c. 상기 가열 램프 및 가상 램프를 선택된 변조 심도 및 주파수로 변조하기 위한 변조 소오스, d. 하나 이상의 상기 다수의 램프 방사선 감지기 내에서 검출된 방사선의 변조 심도의 크기를 결정하는 회로, e. 상기 다수의 웨이퍼 온도 감지기 내에 내장된 램프 간섭 신호의 크기를 결정하는 회로, 및 f. 웨이퍼 온도를 결정하기 위해 상기 램프 간섭 신호를 상기 웨이퍼 온도감지기 신호에서 감하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광원 램프들은 반도체 웨이퍼 표면에서 각각의 상기 동심원 구역으로부터 상기 광 에너지의 거의 연속적인 링을 제공하기 위해 각각의 상기 동심원 구역 내부에서 연관되는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조명기는 상기 반사기를 냉각시키는 냉각 유체가 흐르는 다수의 냉각 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 각각의 조정 가능한 전원 공급기가 각각의 램프 구역에 전력을 제공하기 위해 연관된 다수의 조정 가능한 전원 공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 전원 공급기가 또한 하나 이상의 가상 램프에 전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소오스 램프가 텅스텐-할로겐 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 상기 소오스 램프가 500 내지 2000 W 텅스텐-할로겐 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 램프와 상기 웨이퍼 사이의 공간을 조정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 조정 수단이 상기 반사기 플레이트와 상기 웨이퍼 사이의 공간도 또한 조정할 수 있으며, 상기 램프와 상기 웨이퍼 사이의 공간은 상기 반사기 플레이트와 상기 웨이퍼 사이의 공간에 무관하게 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 반사기 플레이트가 평탄하고 금으로 도금된 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  13. 반도체 웨이퍼를 프로세스하는 다구역 조명기(multi-zone illuminator)에 있어서, a. 하부 측을 갖는 램프 하우징(lamp housing), b. 상기 하부 측 내에 내장되어, 균일한 웨이퍼 가열을 위해 광 에너지의 거의 연속적인 링을 각각 제공하는 4개의 동심원 구역 내에 배열된 다수의 광원 램프, c. 각각의 동심원 구역에 전력을 제공하기 위해 각각 연관된 다수의 조정 가능한 전원 공급기, d. 광 변조 심도를 측정하기 위해 상기 하부 측 내에 내장되고, 하나 이상의 가상 램프가 각각의 전원 공급기에 의해 전원이 공급되며 다수의 제1 광섬유 방사선 감지기들중 하나를 수용하기 위한 광 파이프를 포함하는 다수의 가상 램프, e. 다수의 제2 광섬유 웨이퍼 온도 감지기를 수용하기 위해 상기 하부 측내에 내장된 다수의 광 파이프, f. 광 에너지를 반사시켜서 조사하기 위해 상기 하부 측면에 부착된 평탄한 금 도금된 반사기 플레이트, 및 g. 램프와 웨이퍼 사이의 이격 및 반사기와 웨이퍼 사이의 이격을 조정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 4개의 동심원 램프 구역은 29개의 점 광원 램프를 갖는 외부 동심원 램프 구역, 20개의 점 광원 램프를 갖는 외부의 중간 동심원 램프 구역, 11개의 점 광원 램프를 갖고 있는 내부의 중간 동심원 구역, 및 5개의 점 광원 램프를 갖는 중심 동심원 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  15. 제13항에 있어서, a. 상기 램프 및 가상 램프를 선택된 변조 심도 및 주파수로 변조시키는 변조 소오스, b. 하나 이상의 상기 다수의 제1 광섬유 감지기 내에 검출된 방사선의 변조 심도의 크기를 결정하는 회로, c. 상기 다수의 제2 광섬유 감지기 내에 내장된 램프 간섭 신호의 크기를 결정하는 회로, 및 d. 실제 웨이퍼 온도를 결정하기 위해 상기 램프 간섭 신호를 상기 웨이퍼 온도 감지기 신호에서 감하는 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  16. 제13항에 있어서, 상기 하우징은 상기 반사기 및 상기 광 파이프를 냉각시키는 냉각 유체가 흐르는 다수의 냉각 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  17. 제13항에 있어서, 상기 광원 램프가 텅스텐-할로겐 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  18. 제13항에 있어서, 각각의 상기 점 광원 램프가 500 내지 2000 W 텅스텐-할로겐 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  19. 제13항에 있어서, 상기 4개의 동심원 램프 구역은 29개의 광원 램프를 갖는 외부 동심원 램프 구역, 20개의 광원 램프를 갖는 외부의 중간 동심원 램프 구역, 11개의 광원 램프를 갖는 내부의 중간 동심원 구역, 및 5개의 광원 램프를 갖는 중심 동심원 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
  20. 반도체 웨이퍼를 프로세스하는데 적합한 급속 열 프로세서(rapid thermal processor)에 있어서, a. 상기 웨이퍼 상의 수정 윈도우, 및 b. 상기 수정 윈도우 상에 배치된 다구역 조명기를 포함하되, 상기 다구역 조명기는 i. 하부 측을 갖는 램프 하우징(lamp hosing), ii. 상기 하부 측에 내장되어, 균일한 웨이퍼 가열을 위해 광 에너지의 거의 연속적인 링을 각각 제공하는 4개의 동심원 구역 내에 배열된 다수의 점 광원 램프, iii. 전력을 각각의 동심원 구역에 제공하기 위해 각각 연관된 다수의 조정 가능한 전원 공급기, iv. 광 변조 심도를 측정하기 위해 상기 하부 측 내에 내장되고, 각각의 전원 공급기에 의해 전원이 공급되며 다수의 제1 광섬유 감지기들중 하나를 수용하기 위한 광 파이프를 포함하는 다수의 가상 램프를 포함하는 광 간섭 제거 회로(light interference elimination circuit : LIEC), v. 광 에너지를 반사시켜서 조사하기 위해 상기 하부 측에 부착된 평탄한 금 도금된 반사기 플레이트, 및 vi. 램프와 웨이퍼 사이의 이격 및 반사기와 웨이퍼 사이의 이격을 조정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 열 프로세서.
  21. 반도체 웨이퍼를 프로세스하는 다구역 조명기(multi-zone illuminator)에 있어서, a. 하부 측을 갖는 램프 하우징(lamp housing), b. 상기 하부 측 내에 내장되어, 광 에너지를 발생시켜서 조사하기 위해 다수의 동심원 구역 내에 배열된 다수의 점 광원 램프, c. 광 에너지를 반사시켜서 조사하기 위해 상기 하부 측에 부착된 반사기 플레이트, 및 d. 웨이퍼와 상기 반사기 플레이트 사이의 이격 및 상기 웨이퍼와 상기 점광원 램프 사이의 이격을 조정하는 수단을 포함하되, 상기 웨이퍼와 상기 점 광원 램프 사이의 이격이 상기 웨이퍼와 상기 반사기 사이의 이격과 무관하게 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 다구역 조명기.
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