KR100342796B1

KR100342796B1 - 기판온도 측정방법 및 장치

Info

Publication number: KR100342796B1
Application number: KR1019950051854A
Authority: KR
Inventors: 더블유. 페우스 브루스; 이. 미너 게리; 얌 마아크
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 2002-11-30
Anticipated expiration: 2015-12-19
Also published as: US5848842A; JP2711239B2; JP2007208287A; EP0718610B1; DE69523424T2; JPH08255800A; JPH1055974A; US5660472A; EP0718610A1; JP4033939B2; DE69523424D1; KR960026525A; ATE207611T1

Abstract

기판의 온도를 가열하도록 열처리 공정실 내부의 온도탐침 판독값을 교정하는 방법은 기판을 가공처리 온도로 가열하는 단계와 유효반사율이 각각 상이한 제 1 유효반사율을 갖고 제 1 온도지정값을 발생하는 제 1 탐침과 제 2 유효반사율을 갖고 제 2 온도지정값을 발생하는 제 2 탐침을 사용하여 기판의 온도를 측정하도록 제 1 및 제 2 탐침을 사용하는 단계 및 상기 제 1 및 제 2 온도 지정값으로부터 제 1 및 제 2 탐침에 의해 발생된 비교정 판독값보다 더 정확한 기판의 실제 온도값인 제1 탐침용 교정온도 판독값을 유도하는 단계를 포함한다.

Description

기판 온도 측정 방법 및 장치

[발명의 배경]

본 발명은 기판의 유효 복사율을 개선하고 기판의 온도 측정값을 보정함으로써 반도체 기판의 비접촉식 온도 측정 방법 및 장치를 개선하고자 하는 기술에 관한 것이다.

다수의 반도체 장치 제조 공정에 있어서, 고수준의 장치 성능, 수율 및 공정 복원성에 대한 높은 수준은 기판(예를들어, 반도체 웨이퍼)의 온도가 제조공정 중에 정밀하게 제어될 때에만 성취될 수 있다. 고수준의 제어를 성취하기 위해서는 실시간 및 정위치에서 기판 온도를 측정하여 어떤 예상치 못한 온도 편차를 즉시 검출하고 보정해야 할 필요가 종종 있다.

예를들어, 여러 상이한 제조 공정에 사용되는 급속 가열처리 고정, 즉 급속 가열어닐링(RTA), 급속 가열 세정(RTC), 급속가 열 화학증착(RTCVD), 급속 가열 산화(RTO), 및 급속 가열 질화(RTN) 공정을 고려해야 한다. RTO 또는 RTN에 의한 CMOS 게이트 유전체 형성을 위한 특정 적용에 있어서, 게이트 유전체의 균일화, 성장 온도 및 두께는 장치 성능 및 제조 수율 전체에 영향을 끼치는 중요한 변수이다. 현재, CMOS 장치는 두께 균일화를 위해 ±2Å 이내에서 유지되어야 하는 60 내지 80Å 두께의 유전체 층으로 제조된다. 상기 수율의 균일화에는 고온 처리 공정중 기판에 대한 온도 편차가 수℃를 초과하지 않을 것이 요구된다.

웨이퍼 자체는 고온처리 공정중 작은 온도차도 허용되지 않는다. 만일 온도차가 1200℃에서 1 내지 2℃/cm 이상으로 발생된다면, 그 결과로서 발생되는 응력은 실리콘 결정 내에 슬립(slip)을 유발하게 된다. 그 슬립면은 슬립면을 통과하는 어떤 장치를 파괴하게 될 것이다. 고수준의 온도 균일화를 성취하기 위해서는 폐루프 온도제어를 위한 실시간, 다중 지점에서의 온도 측정이 필요하다.

RTP 시스템의 온도 측정을 위해서 광학 고온계(optical pyrometer)가 폭넓게 사용된다. 상기 고온계는 일반적인 물체의 특성, 즉 물체의 온도 특성을 나타내는 특정 스펙트럼 순서와 세기를 갖는, 물체가 방출하는 방사선을 이용한다. 따라서, 방출된 방사선을 측정함으로서 물체 온도가 결정될 수 있다. 고온계는 방출된 방사선 세기를 측정하고 온도(T)를 구하기 위한 적절한 변환을 수행한다. 방출된 스펙트럼 세기와 온도 사이의 관련성은 다음 (1)식의 프랑크 법칙으로 주어지는 기판의 스펙트럼 복사율과 이상적인 흑체(black body)) 방사선-온도에 의존한다.

여기서, C₁과 C₂는 공지된 상수, λ는 관련 방사선 파장, T는 ℃단위로 측정된 기판 온도이다. 웨인의 분포 법칙(wein's distribution law)으로 공지된 근사값에 따라서, 상기 (1)식은 다음 처럼 표현될 수 있다.

여기서, K(λ)=2C₁/λ⁵이다. 이는 약 2700℃ 이하의 온도에서 적합한 근사값이다.

물체의 스펙트럼 복사율 ∈(λ,T)는 동일 온도에서 흑체의 방출 스펙트럼 세기 I_b(λ,T)에 대한 그 물체에서 방출되는 스펙트럼 세기 l(λ,T)의 비율이다. 즉,

C₁과 C₂가 공지의 상수이므로, 이상적인 조건하에서 웨이퍼의 온도는 ∈(λ,T)가 공지되어 있다면 정확히 결정될 수 있다.

그러나, 반도체 산업에서의 폭넓은 사용에도 불구하고 광학 고온계는 기판 복사율의 정확한 측정 불가로 인한 한계를 여전히 경험하고 있다. 게다가, 기판의 복사율이 주어진 온도에서 공지되어 있더라도, 그 복사율은 온도에 따라 변화하게 된다. 그 변화는 보통 정밀하게 측정할 수 없으므로 공지된 에러가 온도 측정에 그대로 도입되게 된다. 10℃ 정도 이상에서의 에러는 비정상적이다.

기판의 복사율은 웨이퍼 자체의 특성[예를들어, 온도, 표면거칠기, 다수 불순물의 도우핑 수준(doping level), 재료 조성 및 표면 층의 두께], 처리챔버의 특성 및 웨이퍼의 처리공정 상의 내력 등과 같은 다수의 인수에 의존한다. 그러므로, 종래의 기판 복사율의 유도방법으로는 일반적인 목적인 고온 측정성능을 제공할 수 없다.

온도 측정에 대한 웨이퍼 복사율 변경의 영향을 감소시키기 위한 기술이 공지되어 있다. 그러한 하나의 기술은 기판으로부터의 복사열이 기판에 재반사되게 하는 반사 공동을 형성하도록 열반사기를 타겟 기판의 후면근처에 위치시키는 것이다. 반사기를 통과해 상기 반사중동 내측에 도달되는 광 파이프는 반사 공동으로부터의 방사선을 샘플링하여 그 샘플광을 고온계로 분배한다. 이상적인 반사기라 가정하면, 기판으로부터 방출되는 모든 복사열이 기판 후면에 재반사되므로 반사 공동은 이상적인 흑체처럼 작용한다는 것을 수학적으로 나타낼 수 있다. 즉, 반사 공동 내의 복사열의 세기는 기판 표면의 복사율 함수가 아닐 수 있다. 달리 설명하면, 이상적인 경우에 반사 공동은 기판의 유효 복사율을 그 기판과 동일한 값으로 증가시킨다. 그러나, 반사기가 완전무결하지 않으므로, 기판의 유효 복사율은 웨이퍼의 복사율보다 높을 수 있지만 그 보다는 낮다. 그럼에도 불구하고, 웨이퍼의 실제 복사율에 있어서의 편차는 측정된 온도에 별 영향을 주지 않는다.

전술한 온도 측정 기물들에 의해 허용가능한 결과를 얻을 수 있지만, 아직도 상당한 개선의 여지가 있다.

[개요]

일반적으로, 본 발명의 일면은 기판을 가열하기 위한 열처리 챔버 내에서 판독되는 탐침의 온도를 보정하는 방법에 있다. 상기 방법은 기판을 처리 온도로 가열하는 단계와, 기판의 온도를 측정하도록 제 1 및 제 2 탐침을 사용하는 단계 및, 제 1 및 제 2 탐침에 의해 생성된 제 1 및 제 2 온도 표시값으로부터 제 1 및 제 2 탐침에 의해 생성된 비보정된 값보다 더 정확한 기판의 실제 온도값인 제 1 탐침에 대한 보정 온도 판독값을 유도하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 탐침은 상이한 유효 반사율을 가진다.

양호한 실시예에서, 본 발명은 또한 제 1 및 제 2 탐침용 제 1 비접촉식 탐침 및 제 2 탐침용 제 2 비접촉식 탐침, 예를들어 광학 고온계를 사용하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 탐침을 사용하여 수행된 온도 측정은 제때에, 예를 들어 동시적으로 수행된다. 상기 제 1 유효 반사율은 제 2 유효 반사율보다 더 크다. 상기 유도 단계는 제 1 및 제 2 온도 표시값 사이의 차이값으로부터 유도되는 보정량을 가산함으로써 제 1 탐침의 온도 표시값을 보정하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 유도 단계는 제 1 및 제 2 온도 표시값 사이의 차이값을 결정하고 보정량을 생성시키기 위 한 보정 인수를 상기 온도 차이값에 승산하는 단계도 포함한다.

일반적으로, 본 발명의 다른 일면은 온도 측정 시스템을 교정하는 방법에 있다. 상기 방법은 고복사율을 갖는 제 1 기판을 제 1 처리 온도로 가열하는 단계와, 상기 기판이 제 1 처리 온도에 있는 동안 거의 동일한 온도 표시값을 생성하도록 제 1 및 제 2 탐침을 교정하는 단계와, 저 복사율을 갖는 제 2기판을 제 2 처리 온도로 가열하는 단계와, 제 2 처리 온도에 있는 제 2기판에 대하여 그 기판의 온도를 측정하도록 제 1 및 제 2 탐침을 사용하는 단계와, 기판 복사율에 있어서의 변화에 대한 제 1 탐침에 의해 생성된 온도 판독값의 감도를 측정하는 단계, 및 상기 측정된 감도 및 상기 제 1 및 제 2 탐침에 의해 생성된 제 1 및 제 2 온도를 각각 사용함으로써 제 1 탐침에 대한 보정 인수를 계산하는 단계를 포함한다. 또한, 제 1 탐침은 제 1 유효 반사율을 가지며 제 2 탐침은 제 1 유효 반사율과 다른 제 2 반사율을 가진다. 상기 보정 인수는 보정 온도 판독값을 생성하도록 제 1 탐침의 온도 판독값에 적용된다.

일반적으로, 본 발명의 또 다른 일면은 열처리 가열 챔버 내의 기판의 온도를 측정하는 장치에 있다. 상기 장치는 반사 공동을 형성하도록 기판의 한 표면 다음에 놓이는 반사 평판과, 상기 반사 반사공동으로 부터의 에너지를 수용하고 제 1 온도 판독값을 생성하도록 위치된 제 1 탐침 및, 상기 반사 공동으로부터의 에너지를 수용하고 제 2 온도 판독값을 생성하도록 위치된 제 2 탐침을 포함한다. 제 1 탐침은 제 2 탐침이 수행하는 것과는 다른 상기 반사공동에 대한 유효 반사율을 생성한다.

일반적으로, 본 발명의 또 다른 일면은 열처리 공정 챔버 내부의 기판에 있는 국부 영역의 온도 측정 장치에 있다. 상기 장치는 열처리 챔버내부에 기판을 지지하는 지지 구조물과, 열처리 공정중 기판으로부터의 방사선을 수용하고 기판 국부 영역의 온도를 나타내는 신호를 제공하는 단부를 구비한 에너지 탐침, 및 에너지 탐침의 단부 주위에 형성된 오목한 미소공동을 포함한다. 오목한 미소공동은 기판의 국부 영역과 대향하고 탐침 신호를 개선하는 역할을 하는 방사선 반사면을 가진다.

본 발명의 장점들은 다음과 같다. 상기 미소공동 구조물은 웨이퍼의 후면과 반사 평판 사이에 형성된 공동의 유효 반사율을 증가시킴으로써 기판 방사선 편차에 대해 실질적으로 감소된 감도를 갖는 온도 측정을 가능하게 하는 경향이 있다. 또한, 본 발명은 온도 함수로서 복사율의 변화를 수용하는 실시간, 정위치(in-situ) 온도 보상을 제공한다. 상기 교정 공정은 간단하고 통상적으로, 단지 주어진 챔버 구조물에 대해 단지 한 번만 수행하는 것으로 충분하다. 본 발명에 따른 온도 측정방법에 의해 안정하고 반복가능한 고상 검출기의 사용이 가능해 진다. 본 발명은 개선된 반복성과 균일도를 갖는 신뢰성 있는 온도 측정을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 특징과 장점들은 다음 설명 및 청구 범위로부터 분명해 질 것이다.

[양호한 실시예의 설명]

실질적인 흑체 공동

다음에서는 기판의 온도 측정에 대해 설명한다. 용어 "기판"은 열처리 공정챔버 내에서 처리되는 어떤 물체를 폭넓게 의미하는 것이며, 그의 온도는 처리 공정중에 측정된다. 상기 기판은 예를들어, 반도체 웨이퍼, 평탄 패널 디스플레이, 유리 평판 또는 디스크, 및 플라스틱 피가공재를 포함한다.

본 발명은 이해하기 위해서는 전술한 복사율 개선 기술을 먼저 검토하는 것이 유용하다.

제 1도에 도시한 바와 같이, 열 반사기(22)는 반사기와 기판(10) 사이에 실질적인 흑체 공등(24)을 형성하도록 기판(10) 근처에 위치된다. 기판 후면이 확산 성질을 갖는다면, 방사선은 기판 후면으로부터 임의 패턴으로 방출됨으로써 방출 방사선이 공동을 통해 동일한 임의(등방성)패턴으로 반사된다. 반사기(22) 표면상의 임의 지점에 도달한 방사선은 다수의 성분으로 형성된다. 그 중 제 1 성분은 기판으로부터 직접 다가오는 반사되지 않은 방사선으로 구성되며, 제 2 성분은 반사기(22)와 기판(10) 후면에 단지 한 번만 반사되는 성분이며, 제 3 성분은 반사기(22)와 기판(10) 후면 등에 두 번 반사되는 성분이다. 반사기 평판상의 한 지점에서의 이용가능한 총 세기는 무한한 충돌 방사선의 일련의 성분들을 다음과 같이 합산함으로써 알 수 있다.

여기서, 저온 반사기 평판의 반사율은 R로 주어지며, 웨이퍼의 복사율은 ∈로 주어지며, σ는 스테판-볼쯔만 상수이고 T는 기판의 온도이다.

반사기의 복사율이 1이라고 가정하면 (R=1), 상기 5B식은 다음과 같이 환산된다.

여기서, 방사선 I_T는 기판 후면의 복사율과는 무관하다. 환언하면, 반사기는 기판의 유효 복사율이 1과 같은 실질적인 흑체 공동을 생성한다.

이러한 복사율 개선 효과는 웨이퍼 후면의 확산성을 필요로 하지 않는다. 또한 높은 확산성의 후면을 갖는 기판뿐만 아니라 완전한 정경성(Specular) 반사기인 후면을 갖는 기판으로서 작용한다. 일반적으로, 반도체 웨이퍼 후면은 확산성과 검경성의 일부 조합이다.

광 파이프(28)는 반사기 내의 구멍(27)을 통과하는 공동 내부의 방사선을 샘플링하는데 사용된다. 샘플된 광은 광 섬유(30)를 통해, 전술한 식(5)을 사용함으로써 온도로 변환되는 고온계(33)로 통과된다. 실질적인 흑체 공동 효과로 인해, 측정된 온도는 기판의 복사율 변화와 무관하다.

그러나, 반사기의 반사율은 실제로 1에 근접할지라도 1과 같을 수는 없다. 한 예로, 반사기 상의 코팅은 완전하게 반사시키지 못한다. 예를들어, 양호한 반사 코팅 재료 중 하나인 금은 950nm 파장에서 단지, 약 0.975의 반사율을 가진다. 또한, 방사선을 샘플링하기 위해 반사기 내에 존재하는 하나 이상의 구멍과 공동의 전체 형상(즉, 칫수와 모양)도 본 명세서에서 시도하려는 실질적인 흑체 공동의 성능을 분명히 낮추는 경향이 있다. 실제적인 반사율과 함께 이러한 형상으로 인한 효과는 "유효 반사율(Reff)"이란 용어로 통합될 수 있다. 샘플된 광의 세기와 관련한 기판 복사율 내의 변화에 대한 영향을 실질적으로 감소시키는 것이 가능하더라도, 그 측정은 기판의 복사율과는 완전히 무관할 수 없다.

반사기(22)가 불투명하고, 저온이고 높은 반사성(즉, R→1)을 갖는다 고 가정하면, 반사기에 의해 방출된 방사선의 효과를 무시할 수 있고, 기판의 유효 복사율(∈eff)을 다음과 같이 개산할 후 있다.

여기서, R_eff는 반사공동의 유효 반사율이다. 만일 R_eff가 1과 같다면, ∈eff도 당연히 1과 같음에 주목해야 한다. 다른 한편으로, R_eff가 1 보다 작다면, ∈_eff도 1 보다 작고 측정된 온도는 복사율의 함수가 될 것이다.

제 2도에서, 유효 복사율(∈_eff)은 R_eff의 차이값에 대한 실제복사율(∈)의 함수로서 도시되어 있다. 나타낸 바와 같이, 반사공동의 유효반사율이 1에 근접할 때 기판의 유효 복사율도 1에 근접한다. 또한, R_eff가 1에 근접할때 기판의 유효 복사율은 기판의 실제 복사율, 특히 높은 값의 실제 복사율에 대한 변화에 덜 민감해진다. 이러한 감도는 다음과 같이 계랑될 수 있다.

상기 식은 ∈에 대해 식(6)의 도함수를 취함으로써 구해진다.

온도측정에서의 에러는 다음과 같은 유효 복사율의 편차와 관련이 있다.

또한, θ 식(6) 및 (7)을 사용하여 다음식을 얻을 수 있다.

R_eff가 1에 가까워질 때, 기판 복사율의 변화에 대한 측정온도의 감도와 그 분자는 작아져 0으로 된다. 거꾸로, 공동의 유효 반사율이 상당히 크지 않다면(0에 가깝다면), 기판 복사율의 편차로 인한 온도측정의 편차는 허용되지 않을 정도로 크다.

제 1도를 다시 참조하면, 구멍(27)의 존재로 인해 반사기와 기판사이에 생성되는 실질적인 흑체 공동(24)내에 국부적인 변동을 초래한다. 그와 같은 변동은 반사기에 의해 생성된 복사율 개선효과를 감소시킨다고 이해된다. 게다가, 변동의 크기는 구멍크기(D)가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다. 따라서, 복사율 개선에 대한 구멍의 효과를 최소화하기 위한 하나의 방법은 구멍의 크기를 감소시키고자하는 것이다. 그러나, 광 파이프에 의해 수집된 광량이 구멍의 면적에 비례하므로, 이는 광 파이프에 의해 수집된 광량을 감소시키며, 차례로 검출시스템의 신호대 노이즈 비율을 감소시킨다. 기판온도가 감소할 때 방사선 세기가 급격히 하락하므로, 더 작은 구멍을 사용하는 것에 의해 온도를 상당히 증가시킬 수 있으며 상기 증가된 온도하에서는 검출기가 더 이상 유용하지 않게 된다.

그러나, 광탐침 단부에 측정을 개선하는 특징적인 면을 포함하도록 RTP 시스템내에 있는 기본 반사기를 변형함으로써, 샘플 신호내의 선호대 노이즈의 비율을 개선하면서도 반사공동의 실질적인 흑체효과를 더욱 증가시킬 수 있음을 알아냈다.

[본 발명을 구현한 RTP 시스템]

RTP 시스템의 개요

본 발명에 따라 변형된 RTP 시스템이 제 3A도에 도시되어 있다. RTP 시스템은 200mm(8inch) 직경의 디스크형 실리콘 기판(106)을 처리하기 위한 처리챔버(100)를 포함한다. 기판(106)은 기판 지지구조물(108)상의 상기 챔버 내측에 장착되며, 기판의 바로위에 위치되는 가열소자(110)에 의해 가열된다. 가열소자(110)는 기판의 대략 2.5cm(1inch) 위에 있는 수냉식 석영 윈도우 조립체(114)를 처리공정실(100)로 진입하는 방사선(112)을 생성한다. 기판(106) 아래에 있는 것은 수냉된 스텐레스 스틸 기저부(116)상에 장착되는 반사기(102)이다. 반사기(102)는 알루미늄으로 제조되고 높은 반사율의 표면 코팅(120)을 가진다. 기판(106)의 하부와 반사기(102)의 상부는 기판의 유효 복사율을 개선하기 위한 반사공동을 형성한다.

기판과 반사기 사이의 간극은 약 7.6mm(0.3inch)이므로, 폭대 높이의 비가 약 27인 공동을 형성한다. 8인치 실리콘 웨이퍼용으로 설계되는 가공처리시스템에 있어서, 기판(106)과 반사기(102) 사이의 거리는 3mm 내지 9mm 양호하게, 5mm 내지 8mm이며, 공동(118)의 폭대 높이의 비는 약 20:1 이상이어야 한다. 만일 상기 간극이 너무 크면, 실제적인 흑체 공동의 역할을 하는 복사율 개선효과는 감소하게 된다. 다른 한편으로, 간격이 예를들어, 약 3mm 이하로 너무 작으면, 기판으로부터 냉각된 반사기로의 열전도가 증가함으로써 허용될 수 없을 정도의 커다란 열 하중을 가열된 기판에 부과한다. 반사평판에 대한 열손실과 관련된 주요 메카니즘이 가스를 통한 전도이므로, 열하중은 물론, 처리공정중 챔버의 압력과 가스의 형태에 의존한다.

기판(106)의 국부영역(109)에서의 온도는 복수의 (제 3A도에는 2개만이 도시되어 있음) 온도탐침(126)에 의해 측정된다. 온도탐침은 기저부(116) 후면으로부터 반사기(102)의 상부를 통해 연장하는 도관(124)을 통과하는 사파이어 광파이프이다. 사파이어 광 파이프(126)는 0.125inch의 직경을 가지며, 도관(124)은 내측에의 도관의 용이한 삽입을 위해 조금 더 크다.

복사율을 개선하는 표면 특징

본 발명의 일면에 따라, 미소 반사공동(42)은 도관이 반사기의 상부를 통과하고 있는(제 4A도에 더 상세히 도시)의 상부를 통과하고 있는 반사기(102)의 상면에 형성된다. 도관은 미소공동의 바닥에 구멍(129)을 형성한 미소공동으로 진입한다. 사파이어 광파이프(126)는 그의 최상단부가 미소공동(42)의 바닥 조금 아래에있거나 그와 일직선상에 있도록 도관(124) 내부에 위치된다. 광파이프(126)의 타단부는 샘플링된 광을 공동으로부터 고온계(128)로 전달하는 가요성 광섬유(125)에 접속된다.

전술한 실시예에서, 표면상의 미소공동은 원통형상이며, 약 0.1inch의 반경(R)과 약 0.3 inch의 깊이(L)을 가진다. 미소공동(42)의 바닥과 도관(124)에 있는 구멍(129)은 검출한 사파이어 광 파이프의 직경인 약 0.125inch 보다 조금 더 크다. 표면상의 미소공동(42)은 기판(106)의 후면과 반사기(102)의 상부 사이에 존재하는 반사공동(118)의 실질 흑체 효과를 개선하는 역할을 함으로써, 기판의 유효 복사율을 1에 아주 근접한 값으로 증가시킨다. 원통형 미소공동은 광 파이프에 의해 검출된 샘플신호의 신호대 노이즈 비를 증가시키고 기판의 유효 복사율(또는 동일하게, 반사공동의 유효 복사율)을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 상기 개선효과는 탐침단부가 미소공동(42) 바닥과 일직선상에 있는가 또는 도관(124) 내부의 오목한 지점 바로 아래에 놓여 있는가에 크게 의존하지 않는다. 따라서, 반사기의 조립시 탐침을 도관 내측에 삽입하는 작업은 탐침단부의 위치선정과 관련한 임계 허용공차를 만족시키지 않아도 됨으로써 보다 용이하게 수행된다. 그러나, 탐침단부는 개선효과를 저하시킴으로 표면내측으로 돌출되어서는 안된다.

원통형 미세공동 내부의 측벽이 완전한 반사측벽이라고 가정하면, 원통형 미세공동에 의한 개선효과는 미소공동의 L/R 비가 증가함에 따라 증가한다. 그러나, 측벽이 완전한 반사체가 아니므로, 수집된 방사선이 공동내부의 전후방으로 반사되는 횟수가 많을수록 각각의 반사시 발생하는 손실만큼 방사선의 신호강도가 더욱더 감소된다. 그러므로, 실제 사항으로서 원통형 미소공동의 L/R 종횡비를 얼마나 크게 하는가가 성능개선의 관건이다.

탐침단부 주위에 형성되는 표면의 미세 공동(42)은 기판후면 국부영역의 자체 방사선의 수준을 증가시키거나, 탐침의 수집효율을 증가시키거나, 또는 이들 양 메카니즘의 조합에 의해 작동하는 것으로 보인다. 환언하면, 표면 공동은 평탄 반사기에 비해, 측정될 온도가 지정되어 있는 기판상의 국부영역(109)에서 반사기로부터 되반사되는 광량을 증가시킴으로써, 탐침의 방사선 수집량도 증가시킨다.

전술한 실시예에서, 반사기에 필요한 고반사율을 성취하기 위해 고반사성 다층코팅(120)이 반사기의 상부에 형성된다. 코팅의 바닥층은 반사기 몸체의 표면상에 증착되는 얇은 금층이다. 금은 관련 적외선 파장범위(즉, 약 950nm)내세서 약 0.975의 반사율을 가지므로 적합하다. 금층의 반사율을 더욱 개선하기 위해, 사분 파장 적층체(quarte-wave stack)가 금층의 상부에 형성된다. 사분 파장 적층체는 상이한 굴절지수를 갖고 고온계가 가장 민감한 파장의 1/4과 동일한 두께(예를들어, 950nm의 1/4)를 갖는 교번 유전체층으로 형성된다. 전술한 실시예에서, 사분 파장 적층체는 미국 캘리포니아 산타로사 소재의 OCLI(optical coating laboratory, Inc.)에 의해 도포될 수 있지만, 그러한 코팅을 도포하기 위한 다른 장치도 적용 가능하다.

다층 구조물의 상층은 반사층의 금에 대한 RTP 챔버의 오염 가능성을 방지하는 표면 안정층이다. 표면 안정층은 관련 파장에서의 반사특성을 열화시키지 않으면서 반사층을 안정화하는 이산화규소, 산화 알루미늄, 질화 규소 또는 다른 허용가능한 재료로 형성될 수 있다.

상기 다층 구조물의 반사율은 단층의 않은 금층의 기본 반사율인 0.975 보다 높은, 950nm에서 약 0.995이다.

금이 반사용 재료로서 허용되지 않는다면, 물론 다른 반사재료가 사용될 수 있다. 예를들어, 니켈은 금보다 더 불활성이고 금보다 높지 않지만 양호한 반사율을 가진다.

다수의 다른 형상도 표면 미소공동으로 가능하다. 예를들어, 제 4B도에 도시한 바와같은 반구형 미소공동(42')이 사용될 수도 있다. 미소공동은 중심이 반사기 표면의 평면내에 위치되어 및는 원형 형상이다. 전술한 RTP 실시예에 대한 구의 반경은 반사기와 기판 후면 사이의 간극과 유사한 약 6 내지 8mm이다. 사파이어 탐침(125)은 0.125inch 직경을 갖지만, 탐침이 국부영역(109)내의 기판 온도변화를 초래하는 것을 최소화할 수 있는 더 작은 크기(예를들어, 0.050inch)의 사용도 바람직할 수 있다.

다른 미소공동의 형상이 제 4C도 및 제 4D도에 도시되어 있다. 제 4C도는 원뿔의 정점에 위치된 광파이프를 갖는 원추형 미소공동을 도시한다. 제 4D도는 반사기 표면내에 있는 원형구멍(161)에 대향되게 위치된 광 파이프를 갖는 구형 미소공동을 도시한다. 이들은 사용가능한 단지 몇몇 형상에 불과하다. 주어진 적용예에 가장 적합한 특정 미소공동 형상은 경험적으로 결정될 수 있다. 또한, 미소공동은 반사 평판의 표면으로부터 돌출하는 재료내에 형성된 상승형 미소공동일 수 있다.

복사율 보정된 온도측정

탐침단부 주위의 반사기 표면내에 있는 미소공동의 사용에 의해 실제의 흑체와 거의 동일한 반사공동을 생성할 수 있지만, 유효 복사율은 여전히 1과 동일하지 않다. 환원하면, 측정된 온도는 한 기판으로부터 다음 기판으로의 복사율 편차를 유발하는 공지의 에러성분을 가질 수 있다. 따라서, RTP 챔버내에서 처리되는 기판의 실제 복사율의 편차를 측정하고 보정함으로써 온도측정의 정확도를 더욱 개선하는 것이 바람직하다. 온도측정의 정확도는 상이한 유효 복사율(또는, 상이한 유효반사율)에 특징이 있는 두 개의 온도탐침 조립체를 사용하여 기판의 특정 국부영역의 온도를 측정함으로써 개선될 수 있다. 상기 탐침에 의해 측정된 온도는 국부 온도 측정용 보정에 사용될 수 있다.

제 3A도를 다시 참조하면, 상이한 유효 복사율(∈₁,∈₂)을 갖는 두 개의 방사선 탐침이 사용된다. 탐침(150)은 전술하고 제 4B도에 명확히 도시한 바와같이, 원통형 표면 미소공동 내측에 위치되며, 탐침(152)은 기판(106) 후면의 약 3 내지 4mm 이내에서 반사기 표면위로 상승된다. 그러나, 제 2 탐침은 처리공정중 고온 기판으로부터의 방사선에 의해 가열되는 것을 방지하도록 기판의 후면에 너무 근접되기 놓여서는 안된다(그리고 냉각된 반사평면으로부터 이격되어야 함). 만일 탐침이 너무 뜨거워지면, 탐침이 손상되거나 재료가 탐침상에 증착됨으로써 성능을 열화시킨다. 또한, 기판의 후면에 너무 근접한 탐침을 가지면 기판의 온도에 영향을 줄 수 있다.

방금 설명한 구성에 있어서, 제 1 탐침[즉, 탐침(150)]용 유효 복사율도 제2 탐침[즉, 탐침(152)]용 유효 복사율보다 크다. 기판(106)의 후면 가까이에 탐침(152)을 위치시키는 것과는 달리, 비반사 재료로 피복된 바닥을 갖는 원통형 미소공동내에 위치될 수도 있다. 두 개의 탐침이 상이한 유효 복사율을 생성하는 한 다른 형상의 조합도 가능하다. 명확하게 후술하는 바와같이, 두 개의 선택된 탐침 형상은 관련 유효 복사율 사이에 최대의 상이함을 발생시키는 것이 양호하다.

전술한 실시예에서, 탐침(150,152)은 낮은 유효 복사율을 생성하는 구멍이 다른 탐침의 유효복사율을 열화시키거나 서로 간섭하지 않도록 충분한 거리만큼 이격되어 있다. 그러나, 두 개의 탐침은 기판의 거의 동일 영역의 온도를 측정하지 못할 정도로 이격되어서는 안된다. 전술한 실시예에서, 상기 요건에 부합되는 통상적인 간극은 1 내지 3cm이다. 만일 기판이 회전하면, 이는 두 탐침이 위치된 반경이 상기 간극 만큼 달라져야 함을 의미한다.

교정

온도보정을 위해, 두 개의 탐침을 먼거 교정해야 한다. 즉, 각 탐침용 유효 반사율이 먼저 결정되어야 한다. 이는 제 5도에 도시한 공정을 사용하는 특정 교정기판의 도움으로 수행된다.

교정기판은 미리 측정된 공지의 복사율(∈_cal)을 갖고 기판 내부에 매설된 열전쌍을 갖는 표준기판이다. 실제 기판온도는 열전쌍에 의해 정확히 측정되어 고온계에 의해 보고된 온도와 비교된다. 그러한 기판은 예를들어, 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 센스 어레이사와 같은 몇몇 회사에 의해 제조된 것을 이용할 수있다. 양호하게, 교정기판은 RTP 챔버내에서 처리될 기판형태와 동일한 열특성을 갖도록 선택될 수 있다. 예를들어, 교정기판은 처리기판(예를들어, 실리콘)과 동일한 재료로 형성되어야 하고 처리기판과 동일한 후면형태(예를들어, 확산, 연마표면)를 가져야 한다.

각 탐침(150,152)과 관련된 유효 복사율을 결정하기 위해, 교정기판은 처리실 내측에 장전되어야 하고(160 단계) 처리실의 온도가 예정세팅 온도로 상승되어야 한다(162 단계). 소정의 온도에 도달하면, 기판의 온도는 매설된 열전쌍과 각각의 두 탐침(150,152)에 의해 측정됨으로써(164 단계) 세 개의 온도측정, 즉 T_real(기판의 실제 온도), T₁(제 1 탐침에 의해 측정된 온도) 및 T₂(제 2 탐침에 의해 측정된 온도)을 수행한다.

상기 온도는 세기, 즉 I_cal, I 및 I₂로 변환된다(166 단계). I_cal은 제 1 공동의 이상적인 흑체 공동이었을 때 탐침이 수용하는 세기이다. 이 값은 열전쌍에 의해 측정된 온도(T_real)로부터 식(1)을 사용하여 다음과 같이 계산된다.

고온계에 의해 기록된 온도, T₁및 T₂는 유사한 방법으로 대응하는 세기(I₁,I₂)로 다시 변환된다.

탐침(150,152)의 유효 복사율은 다음과 같다.

세기 I_cal, I₁, 및 I₂가 공지되어 있다면, 각 탐침용 유효반사율이 계산될 수 있다. 식(6)으로부터 유효반사율은 실제 복사율과 유효 복사율의 함수로서 다음처럼 표현될 수 있다.

유효 복사율이 측정된 세기의 항으로 표현될 수 있으므로[식(11)참조], 상기 식은 다음처럼 표현될 수 있다.

상기 식을 사용하여, 유효반사율, R₁및 R₂값이 계산된다(168 단계).

상기 유효반사율 값은 후술하는 정위치 온도 보정값을 결정하기 위한 실제 기판의 처리공정 중에 다시 사용된다. 그러나, 계산된 유효 반사율은 교정이 수행되었던 특정 처리시스템에만 유효하다. 만일, 예를들어 탐침 형상이 변경되거나 시스템 형상이 변화되면 유효반사율에 대한 새로운 값을 결정하기 위해 방금 기술한 방법에 의해 시스템을 재교정할 필요가 있다.

이러한 교정절차는 상기 ∈_eff(∈, R_eff) 곡선들이 시스템내의 측정탐침을 특징지우도록 설정된다. 기판의 처리 공정중에 얻어진 정위치 온도 측정으로부터 기판에 대한 실제 복사율을 계산할 수 있다. 실제 복사율과 상기 ∈_eff(∈, R_eff) 곡선을 알고 있음으로써 기판에 대한 유효 복사율을 계산할 수 있고 또한, 그로부터 보정된 온도값을 계산할 수 있다. 보정된 온도에 도달하기 위한 세부사항은 다음과 같다.

정위치 온도보정

가장 유효한 반사율을 갖는 탐침[예를들어, 탐침(150)]이 온도 측정값을 구하는데 사용되며 다른 탐침(152)은 보정 탐침의 역할을 한다.

측정탐침의 온도 판독값을 보정하기 위한 절차를 설명하기 전에, 기판의 실제 복사율에 대한 식을 유도해야 한다. 각 탐침용 유효 복사율이 식(11)에 나타낸 바와같이, 대응하는 방사선 세기(I₁, I₂)에 비례한다는 것을 기억할 것이다. 따라서, 유효복사율의 비율은 대응하는 방사선 세기의 비율과 동일하다. 즉,

각 탐침용 유효 복사율은 [식(6)으로부터] 실제 복사율과 대응 유효 반사율의 함수로서 표현될 수 있다. 즉,

유효 복사율에 대한 표현을 상기 식으로 치혼함으로써, 실제 복사율은 유효 반사율과 측정된 세기의 항으로 다음과 같이 표현될 수 있다.

상기 식이 유도되면, 온도 측정값을 보정하기 위한 절차를 설명하기 위한 준비가 된 것이다.

제 6도를 참조하면, RTP 실행의 시작시 기판은 처리실 내측에 장전되며(170 단계), 그 온도는 예정된 온도 시켄스를 따라 순환된다. 기판이 온도 시켄스를 따라 연속되는 동안, 탐침(150,152)은 예정된 샘플링 비율(예를들어, 20Hz)에서 기판의 국부영역 근처의 방사선을 샘플링한다. 각 탐침에서 측정된 온도로부터, 대응 탐침 방사선 세기(I₁,I₂)는 식(10)을 이용하여 계산된다. 그후, 실제 기판복사율(∈)은 각각의 탐침에서 측정한 유효 반사율에 대한 미리 계산된 값을 사용하여 식(16)으로부터 계산된다(174 단계). 일단 실제 기판 복사율을 알면,기본탐침(150)용 유효 복사율(∈₁)은 식(15)으로부터 다음과 같이 계산된다.

결국, 보정된 온도(T_corr)는 식(2) 및 (3)으로부터 유도된 다음식을 사용하여 탐침(150)에 의해 측정된 온도로부터 계산된다(176 단계).

이와같은 알고리즘은 제어기(137)(제 6도) 내에서의 소프트웨어로 실행되어, 탐침의 온도측정값이 어떤 제어결정이 행해지기 전에 자동으로 보정된다.

대체 복사율 보정 기술

다소 간단한 대체기출은 매설된 열전쌍을 갖는 교정 웨이퍼를 사용할 필요없이 시스템을 교정하는데 필요하다. 대체 기술은 후면의 복사율을 정확히 알기 위해 두 개의 웨이퍼를 필요로 한다. 하나의 웨이퍼는 1에 가까운 복사율(∈_hi)을 가지며, 다른 웨이퍼는 더 낮은 복사율(∈_low)을 가진다. 전술한 실시예에서, 고복사율 웨이퍼는 0.94의 복사율을 갖는 질화물 웨이퍼이며 저복사율 웨이퍼는 웨이퍼의 후면, 즉 온도탐침과 대향하는 쪽에 0.32 의 복사율을 갖는 산화물 층을 구비한 폴리실리콘 웨이퍼이다.

전과 동일하게, 이용하는 두 개의 온도탐침이 사용된다. 이후, 소경탐침이라지칭되는 하나의 탐침은 높은 유효반사율을 생성한다. 소경탐침은 온도 판독값(T₁)을 생성하고 그 값은 처리공정중 웨이퍼의 온도를 측정하는데 사용된다. 이는 웨이퍼 후면의 복사율을 고려하여 보정될 탐침에 의해 생성되는 온도(즉, T₁)이다. 이후, 대경 탐침이라 지칭되는 다른 탐침은 낮은 유효반사율을 생성시킨다. 대경탐침은 온도 판독값(T₂)을 생성하며, 그 값은 소경 탐침에 의해 측정되는 온도에 적용될 보정값을 생성시키는데 사용된다.

상기 두 개의 탐침은 거의 동일한 시간에 웨이퍼의 동일 영역을 샘플링할 수 있도록 서로 가깝게 있는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 탐침이 너무 가까우면 대경탐침은 낮은 복사율 웨이퍼에 대한 소경탐침의 온도측정 값에 영향을 준다. 이는 낮은 복사율을 갖는 웨이퍼에 대한 온도의 불균일함을 초래한다.

전술한 실시예에서, 두 개의 탐침들은 웨이퍼로부터 동일한 반경에 위치되고 약 0.85 inch 만큼 분리되어 있다. 소경탐침은 반사평판에 있는 모든 다른 탐침에 사용되는 형상을 가진다. 다음 실시예의 목적으로, 소경탐침은 약 0.080inch의 직경을 가지며, 반사 평판 내부의 0.085inch 직경의 구멍내에 위치되며, 반사 평판의 일직선상에 최상단부를 갖는 광파이프를 사용한다. 또한, 대경 탐침은 반사평판의 표면과의 일직선 상에 최상단부를 갖지만 반사평판내의 대경구멍(즉, 0.37inch)내에 위치된 0.080 직경의 광 파이프를 사용한다. 대경구멍의 목적은 소경 탐침에 비해 낮은 대경 탐침용 유효탐침복사율(또는, 반사공동용 낮은 유효반사율)을 생성하는 것이다. 따라서, 두 개의 탐침은 상이한 온도값을 산출할 것이다. 예를들어, 상기 두 개의 탐침을 사용하여 측정한 온도상의 차이값은 1000℃의 실제 온도와 0.34의 후면 복사율을 갖는 웨이퍼에 대해 약 40 내지 50℃이다.

전술한 바와같이, 상이한 온도 측정값의 신호대 노이즈 비율을 증가시키도록 두 개의 탐침용 유효반사 공동 반사율에 커다란 차이값을 생성하는 것이 바람직하다. 따라서, 전술한 실시예에서 수행되는 특정방법은 상기 목적을 달성하는 다수의 상이한 방법중 하나만을 예시화한 것이라고 이해해야 한다.

전술한 바와같이, 흑체에 의해 방출된 에너지(I)는 플랑크 법칙에 의한 온도(T)와 관련이 있다.

이 경우에, T는 ℃ 단위로 측정되므로, 식(19)에 필요한 등가의 켈빈온도를 구하도록 273이 상기 온도에 더해진다. 상기 변수를 재배열함으로써, 측정된 에너지(I_E)의 함수로서 온도에 대한 식이 다음과 같이 유도된다.

환언하면, 상기 식의 경우 흑체의 온도는 물체로부터 방출되는 에너지의 양을 알고 있음으로써 계산된다.

교정

소경탐침의 온도 판독값에 대한 보정인수를 생성시키는 절차가 제 7도에 도시되어 있다. 상기 절차는 제 7도에 도시한 단계를 참조하여 상세히 설명된다.

초기에, 높은 복사율의 웨이퍼는 소경탐침을 사용하여 측정한 온도(T_process)로 챔버내에서 가열되며, 두 개의 탐침은 동일한 온도 판독값을 생성시키도록 교정된다(210 단계). 교정 이전에 두 탐침의 실제 온도 판독값이 상이하므로, 상이한 양만큼 높은 복사율 웨이퍼의 사용할 때 작아진다.

소경탐침의 교정에 필요한 두 측정값을 설정하기 위해, 낮은 복사율의 웨이퍼가 온도(T_process)로 가열된다. 기판의 처리온도를 결정하기 위해, 소경탐침은 낮은 복사율의 웨이퍼의 웨이퍼 온도를 정확히 측정했다고 가정된다. 이는 명확히 후술하는 바와같이 허용가능한 것이라고 증명될 수 있는 가정이다. 웨이퍼가 온도(T_process)에 있는 동안, 웨이퍼의 온도는 소경 및 대경탐침을 사용하여 측정된다(212 단계). 대경탐침은 T₂=T_big의 온도값을 생성시키고 소경탐침은 T₁=T_small의 온도값을 생성시킨다. 델타 온도[δT(∈_low, T_process)]는 두 판독값 사이의 차이값이라고 정의된다. 즉,

다음에, 웨이퍼 복사율에 있어서의 차이값에 대한 소경탐침의 실제 감도는 실제 온도로서 소경탐침에 의해 측정된 온도 판독값을 사용하여, 각 웨이퍼(즉, 낮은 복사율의 웨이퍼와 높은 복사율의 웨이퍼)에 이식 어니일링을 실시함으로써 결정된다. 환언하면, 소경탐침에 의해 생성된 온도 판독값은 조금 부정확하다는 사실에도 불구하고 정확한 온도 판독값이라 가정된다. 그러나, 공지된 바와같이, 이식 층의 필름저항도는 이식 어니일링의 실제온도와 시간에 임계적으로 의존한다. 게다가, 그 의존성도 정확히 공지되어 있다. 따라서, 동일시간동안 상이한 처리온도로 각각 어니일링된 두 개의 웨이퍼에 있는 층의 저항도를 각각 측정함으로써, 두 처리온도 사이의 실제값이 얼마인지를 정확하게 결정할 수 있다.

소경탐침이 저복사율 웨이퍼 및 고 복사율 웨이퍼에 대해 동일한 온도 판독값을 생성할 때, 저복사율 웨이퍼의 실제온도는 고복사율 웨이퍼의 실제 온도 보다 실제로 조금 높다. 이것은 주어진 실제 웨이퍼 온도에서 저복사율 웨이퍼가 방출하는 에너지는 동일 온도에서 고복사율 에너지가 방출하는 에너지보다 작기 때문이다. 따라서, 저복사율 웨이퍼에 의해 방출된 에너지가 고복사율 웨이퍼에 의해 방출된 에너지와 동일하게 하기 위해서는 저복사율 웨이퍼의 실제온도가 고복사율 웨이퍼의 실제온도보다 조금 높아야 한다.

두 개의 실제 웨이퍼 처리온도 사이의 차를 결정하기 위해서는 처리온도를 모니터하는 소경탐침을 사용하여 고복사율 웨이퍼상에서 하나의 이식 어니일링이 수행되어야 한다. 제 2 이식 어니일링은 가공처리온도를 모니터하는 소경탐침을 다시 사용하여 저복사율 웨이퍼상에서 수행된다. 그 후, 각 웨이퍼에 대한 필름 저항율이 측정되며, 수행된 특정 어니일링에 대한 공지의 변환챠트를 사용하여, 두 웨이퍼의 실제 가공처리 온도에 있어서 차이값을 정확하게 결정할 수 있다. 그 결과가 T_errlow로서 지정된다(214 단계).

이식 어닝일링을 수행하는 대안으로서, 산화층이 두 웨이퍼상에 성장된 후, 산화물 두께의 차이를 결정할 수도 있다. 그 산화물 두께의 차이는 공지의 표를 사용하여, 두 산화물 두께를 생성한 실제 처리온도에서 정확히 측정된 차이값으로 변환될 수 있다.

δ7(∈,T)의 선형함수로서 소경탐침의 실제 온도에러(T_errolow)를 모델링함으로써, 보정인수(K_corr)가 다음과 같이 계산된다(216 단계).

본 예에서 k_corr은 1.246이다.

정위치 온도 보정

보정온도(T_corr)는 제 11도의 흐름도에 도시한 바와같이 소경 및 대경탐침 온도 측정값으로부터 생성된다. 웨이퍼온도는 T₁및 T₂를 각각 구하기 위해 소경 탐침을 사용하고(230 단계) 대경 탐침을 사용하여(232 단계) 측정된다. 측정된 온도차(즉, T₁,-T₂)가 계산되고, 보정온도에 도달하도록 K_corr을 곱하고(236 단계)나서, 보정온도에 도달하도록 소경 탐침의 온도값에 T₁을 가산한다(238 단계), 환언하면,

이러한 기술의 원리와 그 결과로서 온도측정의 정확도를 개선하는 효과에 대해 설명한다.

필수적으로, 소경탐침의 감도측정에 의해 소경탐침에 적용되는 유효 복사율 곡선을 결정한다[(15)식 참조]. 이는 다음 설명으로부터 알 수 있다. 소경탐침을 사용하여 처리온도를 모니터하는 동안 저복사율 웨이퍼에 대한 이식 어니일링을 수행할 때에, 웨이퍼의 복사율은 1이라고 가정된다. 상기 가정하에서, 웨이퍼에 의해 방출된 에너지는 T_process에서 이상적인 흑체에 의해 방출된 에너지[즉, I(T_process, λ)]와 같다. 그러나, 이전에 결정된 T_errlow는 웨이퍼의 실제온도, 즉 T_process+T_errlow가 더 높다는 것을 나타낸다. 따라서, 웨이퍼에 의해 방출된 에너지는 상기 높은 온도에서 흑체에 의해 방출되는 에너지[즉, I(T_process+T_errlow, X)]를 저복사율 웨이퍼에 대한 유효 복사율(즉, ∈_eff,_low)을 승산한 값과 같은 것으로 표현된다. 환언하면,

이는 다음과 같이, ∈_eff,low값을 계산하기 위한 식을 얻기 위해 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.

전술한 실시예에서, ∈_eff,low값은 0.855로 계산된다. 그후, 식(17)을 사용하여, 소경탐침용 유효반사율(R_effsmall)은 다음과 같이, 저복사율 웨이퍼의 유효 및 실제 복사율로부터 계산된다.

상기 예에서, R_effsmall은 0.92이다.

R_effsmall값을 알고 식(15)을 사용함으로써, 실제 웨이퍼 복사율의 함수로서 소경탐침용 겉보기 복사율을 구할 수 있다. 이는 제 8도의 상부곡선과 같이 그려진다.

고복사율 웨이퍼에 대해 얻은 두개의 온도 측정값, 즉 T_big과 T_small는 대경탐침의 유효 복사율 곡선을 결정하는데 유사하게 사용될 수 있다. 대경탐침에 대해, 측정된 복사 에너지(T_big,λ)]는 약간 높은 온도(T_actual)에서 흑체에 의해 방출된 에너지를 대경탐침의 유효 복사율(∈_effbig)과 승산한 값과 같음을 알 수 있다. 유사하게, 소경탐침에 대해, 측정된 복사 에너지는 상기 고온(T_actual)에서 흑체에 의해 방출된 에너지를 소경 탐침의 유효 복사율(∈_effsmall)과 곱한 값과 같다. 따라서, 다음과 같이 표현될 수 있다.

이는 차례로 다음처럼 다시 표현될수 있다.

소경 탐침의 유효 반사율이 공지되어 있으므로(위 참조), ∈_effsmall은 다음 관계식으로부터 계산될 수 있다.

여기서, ∈_a는 겉보기 복사율이고 R_eff는 유효 반사율이다. 이전에 계산된 R_effsmall값과 고복사율 웨이퍼에 대한 실제 복사율(즉, 0.94)을 사용하여 ∈_effsmall값을 다음과 같이 구할 수 있다.

∈_effsmall값을 식(27)에 대입함으로써, ∈_effbig값을 산출해 낼 수 있다. 본 실시예에서, 계산된 값은 0.749이다.식(17)을 사용하여, 대경 탐침용 유효 반사율 값, 즉 R_effbig도 계산된다. 본 실시예에서 R_effbig값은 0.842이다.

R_effbig값을 알면 대경 탐침용 겉보기 복사율을 알 수 있다. 이는 제 8도의 하부 곡선에 해당된다. 교정 목적으로 교정의 신호대 노이즈 비를 증가시키도록 커다란 양만큼 분리되어 있는 두 개의 곡선(즉, 소경 및 대경탐침용 겉보기 복사율 곡선)을 갖는 것이 바람직하다.

만일 처리공정중 소경탐침에 의해 측정된 온도로 보정되지 않으면, 온도에러, T_errnocorr는 다음과 같이 된다.

여기서,

상기 식을 식(28)으로 치환하면 다음과 같이 된다.

상기 함수에 대한 그래프는 제 9도(상부 실선의 곡선 참조)에 도시되어 있으며, 상기 도면에는 기판 복사율이 감소함에 따라 현저히 증가하는 소경 탐침을 이용한 비보정 온도 측정값에 도입되는 에러가 나타나 있다.

식(20)을 사용함으로써, 소경 및 대경 탐침에 의해 측정된 온도차, 즉 δT(∈,T)가 다음과 같이 계산된다.

제 9도의 하부 점선곡선은 웨이퍼 후면 복사율의 함수로서 보정 온도 측정값의 정확도가 개선되는 것을 도시한다. 0.3 내지 1.0의 복사율 범위에서의 에러는약 1℃ 보다 작다. 환언하면, 전술한 기술을 사용하여 판독한 보정온도는 실질적으로 개선되고 하나의 웨이퍼 상부로부터 다음으로 복사율 편차에 대해 판독한 보정온도의 감도는 비보정 온도 판독값에 비해 현저히 감소된다.

선형 근사값에 의해 실제 측정 에러에 대해 조금 보상된 보정인수가 발생됨을 제 9 도로부터 알 수 있다. 보정인수를 더욱 최적화하는 한 방법은 더 작은 인수, 예를들어 0.9K_corr를 간단하게 사용하는 것이다. 보정인수가 그러한 방식으로 계산되면, 그 결과적인 곡선은 더 큰 복사율 범위에서 제로에러에 더 가깝게 접근한다(제 9도의 파단곡선 참조).

소경 탐침 온도 측정값의 에러를 고려한 효과는 지수함수를 도입한 에너지 관련 효과이다. 따라서, 실제 에러는 비선형적이다. 그럼에도 불구하고, 에러에 대한 선형 근사값은 상기 비선형 효과를 보상하는데도 매우 양호하게 적용된다.

물론, 보정인수의 더욱 양호한 최적화는 보정인수가 두 탐침 사이의 온도차이의 함수로서 변화하는 비선형방식을 고려함으로써 얻을 수 있다. 그러나, 다수의 적용예에 있어서, 간단한 선형 근사값으로부터 얻어진 개선의 정도는 보정 온도 측정값에 대한 개선을 더욱 불필요하게 한다.

δT(∈,T)에 대한 방정식(즉, 33식)의 정확도를 평가하기 위해, 계산된 값은 두 탐침 사이의 온도차에 대한 실제적인 경험 데이터와 비교된다. 이러한 비교는 제 10도에 도시되어 있다. 상부곡선은 0.32의 복사율을 갖는 웨이퍼, 중간곡선은 0.67의 복사율을 갖는 웨이퍼, 그리고 하부곡선은 0.82의 복사율을 갖는 웨이퍼에대한 것이다. 경험적인 데이터는 그래프내에 "X'S" 및 "+'S"로 표시되어 있다. 경험적인 데이터를 구하기 위해, 웨이퍼는 챔버내에 놓이고 그 온도는 1000℃까지 상승된다. 500℃ 이후의 매 100℃ 마다에서, 상기 온도는 약 10초동안 안정화되고 나서 각 탐침용 온도 판독값이 기록된다. 두 판독값 사이의 차이값은 δ7(∈,T)에 일치한다. 각 온도에서 취한 데이터의 산란은 측정시의 노이즈로 인한 것이다. 제 10도는 경험적 데이터가 상기 모델의 정확도와 일치함을 도시한다.

제 2 탐침과 관련된 유효 반사율을 줄이는데에는 다른 기술이 사용될 수 있다고 이해해야 한다. 전술한 두 기술은 반사평판의 표면위로 탐침을 상승시키거나 탐침 주위의 구멍을 확대하는 것을 포함한다. 다른 기술에는 예를들어, (1) 탐침 주위의 흡수도넛(예를들어, 질화실리콘으로 덮힌 영역)을 형성함으로써 탐침 주위의 반사평판의 반사율을 감소시키며, (2) 탐침주위의 광학 고온계의 대역 밖으로 반사 평판의 반사율을 감소시키며, (3) 섬유 출력측에 구멍을 포함함으로써 탐침의 관찰각도를 감소시키는 것등이 포함될 수 있다.

만일 축소된 관찰각도가 제 2 탐침용으로 사용되면, 구멍의 크기는 약 40℃의 두 탐침을 사용하여 측정된 온도 차이값을 구하는 동안에 감소될 수 있다. 따라서, 상기 방법을 사용하여, 제 2 탐침이 제 1 탐침 온도 측정에 끼치는 영향을 최소화함으로써 탐침이 서로 더 가깝게 이동될 수 있게 한다.

전술한 보정기술을 수행하기 위한 다른 방법으로서 제 8도의 상부선을 더 높게, 즉 1에 가깝게 이동시키도록 상기 챔버내를 재지정하는 방법도 있다고 이해해야 한다. 그러나, 이는 전술한 바와같이 에러를 간단히 보정하는 것보다 훨씬 더어려운 과업이다.

RTP 시스템에 대한 추가의 상세

전술한 바와같이, 단지 두 개의 측정 탐침판이 제 3A도에 도시되어 있지만, 전술한 실시예에는 기판의 상이한 반경에서 온도를 측정하도록 반사기 전체에 분포되는 8개의 측정탐침을 실제로 사용한다. 열처리공정중, 지지구조물(108)은 약 90RPM으로 회전한다. 따라서, 각 탐침은 기판상의 대응 환형 링 영역의 온도 프로파일을 실제로 샘플링한다.

기판을 회전시키는 지지구조물은 기판 외측 원주위에서 기판과 접촉하는 지지링(134)을 포함함으로써, 외측 원주위의 작은 환형영역을 제외하면 기판의 모든 하부분을 노출하게 된다. 지지링(134)은 대략 1inch (2.5cm)의 반경폭을 가진다. 처리공정중 기판(106)의 엣지에서 생성하는 열적 불연속적성을 최소화하기 위해, 지지링(134)은 기판과 동일 또는 유사한 재료(예를 들어, 실리콘 또는 탄화실리콘)과 동일 또는 유사한 재료로 제조된다.

지지링(134)은 고온계의 주파수 범위에서 불투명하게 하도록 실리콘으로 피복된 회전가능한 관형 석영 실린더(136)상에 놓인다. 석영 실린더상의 실리콘 코팅은 세기측정을 혼란하게 할 수 있는 외측공급원으로부터 방사선을 차단하는 장벽으로서의 역할을 한다. 석영 실린더의 바닥은 고정된 환형 베어링 레이스(139) 내부에 차례로 고정되어 있는 복수의 볼 베어링(137)상에 놓여 있는 환형 상부 베어링 레이스(141)에 의해 고정된다. 볼 베어링(137)은 스틸로 제조되고 작동중 미립자의 형성을 감소시키는 질화실리콘으로 피복된다. 상부 베어링 레이스(141)는 열처리공정중 약 90 rpm으로 실린더(136), 보호링(134) 및 기판(106)을 회전시키는 액츄에이터(도시않음)상에 자기 결합된다.

제 3B도를 참조하면, 지지링(134)은 석영실린더(136)에 대해 느슨한 밀봉을 형성하도록 설계되어 있다. 지지링(134)의 바닥면으로부터 연장하는 것은 석영실린더의 내경보다 조금 작은 외경을 가짐으로써, 도시한 바와같이 실린더 내측에 끼워 맞춰져 느슨한 밀봉을 형성하는 원통형 림(134a)이다. 지지링의 내측영역상에는 기판(106) 지지용 선반(134b)이 제공된다. 선반(134b)은 지지링 나머지 부분보다 낮은 지지링의 내측 주변에 있는 영역이다.

챔버 몸체 내측에 끼워 맞춰지는 퍼지링(145)은 석영 실린더를 에워싼다. 퍼지링(145)은 상부 베어링 레이스(141)위의 영역까지 개방되어 있는 내측 환형 공동(147)을 가진다. 내측 환형 공동(147)은 통로(147)을 통해 가스공급원(도시않음)에 연결되어 있다. 처리공정중, 퍼지가스는 퍼지링(145)을 통해 챔버내측으로 흐른다.

지지링(134)은 그 외경이 석영 실린더를 초월해 연장하도록 석영 실린더의 반경보다 큰 외경을 가진다. 실린더(136)를 초월한 지지링의 환형연장부는 그 하부에 위치하는 퍼지링과 협력하여 표유광이 기판 후면에서 반사 공동으로 진입하는 것을 방지하는 배플로서의 기능을 한다. 반사공동 내측으로의 표유광 반사가능성을 더욱 감소시키기 위해, 지지링(134)과 퍼지링(145)은 소자(110)를 가열함으로써 생성된 방사선을 흡수하는 재료(예를들어, 흑색 또는 회색재료)로 피복될 수 있다.

전술한 바와같이, 광파이프(126)는 사파이어로 제조된다. 사파이어 광파이프는 상당히 작은 산단계수를 갖고 커다란 횡광 차단특성을 가짐으로써 양호한 측정위치를 제공한다. 그러나, 광파이프는 샘플링 방사선을 고온계로 전달할 수 있는 어떤 적합한 내열 및 내식성 재료, 예를들어 석영으로 제조될 수 있다. 적합한 석영 섬유 광파이프, 사파이어 수정 광파이프 및 광 파이프/도관 커플러는 미국 95051-0903 캘리포니아, 산타 클라라, 노오쓰 웨스터른 파크 웨이 2775 소재의 럭스트롱 코포레이션-액큐파이버 디비젼으로부터 구할 수 있다. 이와는 달리, 방사선 샘플링 시스템은 반사기(102)내에 장착된 소경 대물렌즈와 그 렌즈에 의해 수집된 방사선을 고온계로 전달하는 미러 및 렌즈 시스템을 포함하는 광학 시스템일 수 있다. 그러한 시스템은 적합한 오프-더-셀프(off-the-shelf) 광학 소자를 발견할 수 있다면 사파이어 광 파이프 보다 저렴할 수 있다. 이와는 달리, 광파이프는 고연마된 반사 내면을 갖는 튜브로 제조될 수 있다.

적합한 가열소자(110)는 본 발명에 참조된 미국특허 제 5,155,336호에 기술되어 있다. 이러한 가열소자는 정밀 교정된 방사선을 텅스텐-할로겐 램프로부터 처리 챔버(100)로 분배하는 187 개의 광 파이프를 사용한다. 상기 램프는 반경 방향으로 대칭이 되게 위치된 12개의 구역으로 분할된다. 상기 구역은 기판(106)의 상이한 구역의 복사 가열을 제어할 수 있게 각각 조절될 수 있다.

제 3A도의 실시예에서, 베이스(116)는 냉각제를 순환시키는 순환회로(146)를 포함함으로써 반사기와 반사면을 냉각시킨다. 통상적으로 약 23℃인 물은 가열된 기판의 온도 이하 (예를들어, 100℃ 이하)로 반사기의 온도를 유지하도록 레이스(116)를 통해 순환된다. 표면(120)상에서 생성하는 어떤 가능한 화학적 반응을 촉진하도록 RTP 중 반사기를 냉각시키는 것이 중요하다. 반사기가 가열되게 되면, 반사층의 복사율을 심각하게 열화시키는 표면산화를 증가시키는 경향이 있다. 효과적인 복사율의 개선을 달성하기 위해서는 높은 반사율 표면의 소유 및 유지에 달려 있다. 또한, 반사기 조립체가 가열되면 그 반사기 조립체는 샘플링된 신호를 혼란시키는 방사선 공급원이 될 것이다.

전술한 실시예에서, 고온계(128)는 약 950nm에 위치되는 좁다란 대역(예를들어, 약 40nm)을 가진다. 이는 이러한 좁다란 파장의 모든 대역에서 열 방사선을 투과시키는 불활성 재료로 석영윈도우(114)의 후면을 피복함으로써 가열원이 표유 방사선을 반사 공동 내측으로 도입할 가능성을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.

일반적으로, 실리콘 기판 처리시스템에 있어서는 장파장(예를들어 약 3.5 내지 4㎛ 이상의 파장)의 방사선을 검출하는 고온계를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 방법은 700℃ 이상의 온도에서 가장 적합하다. 실온에서, 실리콘 웨이퍼는 1.0㎛ 이상의 광파를 투과한다. 기판의 온도가 증가하면서, 상기 기판은 기판이 약 700℃에서, 관련된 모든 파장에 불투과 될 때까지 상기 장파장을 투과하지 않게 된다. 따라서, 700℃ 이하의 온도에서 장파에 민감한 고온계는 열원으로부터 직접 다가오는 광의 검출이 더욱 쉬워진다. 요컨데, 고온계에 의해 샘플링된 파장은 처리온도를 고려해야 한다. 만일 처리온도가 실질적으로 700℃ 이하라면, 고온계는 1.1㎛ 이하의 파장을 샘플링해야 한다. 더 높은 처리온도가 사용되면 보다 긴 파장이 샘플링될 수 있다.

매우 낮은 처리온도[예를들어, 600˚k (327℃)]에서는 소량의 흑체 스펙트럼방사선만이 1.1㎛ 이하의 파장에서 생성됨을 주목해야 한다. 그 결과, 600 ˚K 이하의 온도에서는 만족할 만한 신호대 노이즈 비율을 구하는 것이 매우 어렵다.

900 ˚내지 1350℃ 사이의 처리온도에서 특히 적합한 하나의 설계로서, 0.9㎛ 내지 1.0㎛ 사이의 파장에 있는 방사선에 민감한 고상 고온계(예를들어, 100-S8MS-B- 8CV 전자 박스와 조합된 900-LP-6.35C 센서, 럭스트론 코포레이션-액큐파이버 디비젼에 의해 이용가능하게 됨)가 사용된다. 상기 온도범위에서는 0.9 내지 1.0 범위의 파장에서 생성된 방사선이 상당한 양으로 존재하여 높은 신호강도와 높은 신호대 노이즈 비율을 제공한다.

제 12도는 기판온도를 소정온도로 가열하기 위한 제어회로를 도시한다. 이는 복수의 온도센서(190)(즉, 고온계와 광파이프)로부터 샘플링된 출력을 사용한다. 상기 가열소자(110)는 반경구역내에 배열되어 있는 187 개의 텅스텐-할로겐 램프를 포함한다. 각각의 램프구역은 다중 입출력 제어기(192)에 의해 차례로 제어되는 다중 구역 램프구동기(194)에 의해 각각 동력이 공급된다. 기판이 약 90rpm 으로 회전되고 기판(106) 후면상의 상이한 반경위치에서 온도측정이 수행되므로, 각각의 온도탐침은 기판의 상이한 환형 전반에 걸친 평균온도를 생성한다. 환형 영역은 가열램프의 반경구역과 일치한다. 제어기(192)는 온도센서(190)에 의해 생성된 온도 측정값을 수용하며, 전술한 온도 보정 알고리즘을 기초로하여 상기 온도를 보정하며, 제어기(192)로 공급되는 예정된 온도 사이클 프로파일(196)에 의해 특정화된 기판 온도를 성취하도록 가열램프의 전력 레벨을 조절한다. 처리공정 사이클 전반에 걸쳐, 제어기는 소정 온도 프로파일로부터 멀어진 어떤 온도 편차가 보정되도록상이한 램프 구역으로 분배되는 전력 수준을 자동 제어한다.

다른 실시예들이 다음 청구범위의 범주내에 있을 수 있다.

제 1도는 반사기가 기판 근처에 위치되어 있는 온도 측정기구의 개략적인 횡단면도.

제 2도는 상이한 유효 반사율 값에 대해 그려진 실제 복사율 함수로서 유효 복사율을 나타낸 그래프.

제 3A도는 RTP 시스템의 횡단면도.

제 3B도는 지지 링의 세부 구성을 도시하는 도면.

제 4A도 내지 제 4D도는 반사기의 내측에 결합되는, 향상된 측정을 위한 다수의 표면 특징을 도시하는 횡단면도.

제 5도는 정위치 온도 보정용 RTP 챔버를 교정하기 위한 흐름도.

제 6도는 온도 측정의 정확성을 개선하기 위한 정위치 복사율 측정방법의 흐름도.

제 7도는 RTP 챔버 내부의 온도 측정 탐침을 측정하기 위한 다른 방법의 흐름도.

제 8도는 모두 실제 웨이퍼 복사율의 함수로서 소경 및 대경 탐침의 겉보기 복사율을 도시하는 도면.

제 9도는 모두 실제 웨이퍼 복사율의 함수로서 비보정 온도 측정 및 보정 온도 측정용 에러를 도시하는 도면.

제 10도는 소경 탐침 및 대경 탐침에 의해 측정된 온도차에 대한 경험상의 수치와 계산 수치를 나타내는 도면.

제 11도는 온도 측정 탐침으로부터 보정 온도를 계산하는 단계를 나타내는 도면.

제 12도는 온도 제어 시스템의 개략적인 다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

22,106 : 반사기 24,142 : 공동

27,129,161 : 구멍 124 : 도관

126 : 파이프 128 : 고온계

150,152 : 탐침

Claims

기판을 가열하는 열처리 챔버의 온도탐침 판독값을 보정하는 방법에 있어서, 기판을 가공처리 온도로 가열하는 단계와,

유효반사율이 각각 상이한, 제1 유효 반사율을 가지며 제1 온도 표시값을 생성하는 제1 탐침 및 제2 유효 반사율을 가지며 제2 온도 표시값을 생성하는 제2 탐침을 사용하여 기판의 온도를 측정하도록 제1 및 제2 탐침을 사용하는 단계 및,

상기 제1 및 제2 온도 표시값으로부터, 상기 제1 및 제2 탐침에 의해 생성된 비보정 판독값보다 더 정확한 기판의 실제 온도 판독값인 상기 제1 탐침용 보정온도 판독값을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 탐침용 제1 비접촉식 탐침과 제2 탐침용 제2 비접촉식 탐침을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탐침용 광학 고온계를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탐침을 사용하여 수행되는 온도측정이 정시간에 근접되게 수행되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탐침을 사용하여 수행되는 온도측정이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 유효 반사율이 상기 제2 유효 반사율 보다 큰 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 유효 반사율은 1에 근접한 값을 가지며 상기 제2 유효 반사율이 0.5 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제2항에 있어서, 상기 유도단계는 상기 제1 및 제2 온도 표시값 사이의 차이값으로부터 유도된 보정량을 가산함으로써 상기 제1 탐침의 온도 표시값을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제8항에 있어서, 상기 유도단계는 상기 제1 및 제2 온도 표시값 사이의 차이값을 결정하여 보정량을 생성하도록 인수를 상기 온도 차이값에 승산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제4항에 있어서, 상기 유도단계는 기판에 대한 복사율을 계산하는데 상기 제1 및 제2 온도 표시값을 사용하고 상기 계산된 기판 복사율로부터 보정된 온도 판독값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제10항에 있어서, 상기 유도단계는 상기 제1 탐침용 유효 복사율을 계산하는데 상기 기판 복사율을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
제10항에 있어서, 상기 유도단계는 상기 보정된 온도 판독값을 보정하는데 상기 제1 탐침의 보정 유효 복사율을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 탐침 판독값 보정방법.
고복사율을 갖는 제1 기판을 제1 처리온도로 가열하는 단계와,

상기 기판이 제1 처리온도에 있는 동안에, 유효반사율이 각각 상이한, 제1 유효 반사율을 갖는 제1 탐침과 제2 유효반사율을 갖는 제2 탐침을 거의 동일한 온도 표시값을 생성하도록 교정하는 단계와,

상기 제1 기판의 고복사율 보다 낮은 저복사율을 갖는 제2 기판을 제2 처리온도로 가열하는 단계와,

상기 제2 탐침온도에 있는 제2 기판에 대해, 제1 온도 표시값을 생성하는제1 탐침과 제2 온도 표시값을 생성하는 제2 탐침을 상기 기판의 온도측정에 사용하는 단계와,

상기 기판의 복사율을 변화시키도록 상기 제1 탐침에 의해 생성된 온도 판독값의 감도를 측정하는 단계, 및

상기 측정된 감도와 제1 및 제2 온도표시값을 사용함으로써, 보정 온도 판독값을 생성하도록 상기 제 1 탐침의 온도판독값에 적용되는 제1 탐침용 보정 인자를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템의 교정방법.
제13항에 있어서, 상기 제1 유효 반사율은 상기 제2 유효 반사율보다 큰 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템의 교정 방법.
제14항에 있어서, 상기 계산단계는 제1 및 제2 온도표시값 사이의 차이값을 계산하고 그 계산된 차이값을 보정 인수를 계산하는데 사용되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템의 교정방법.
제15항에 있어서, 상기 감도 특정단계는 각각 상이한 복사율을 갖는 두 개의 기판을 열처리한 후에, 상기 감도를 결정하도록 두 기판의 특성차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 시스템의 교정방법.
열처리 챔버 내부의 기판온도를 측정하는 장치에 있어서,

상기 기판 사이에 반사공동을 형성하도록 기판의 한 표면 다음에 놓이는 반사평판과,

상기 반사 공동으로부터의 에너지를 수용하여 제1 온도 판독값을 생성하도록 위치되는 제1 탐침, 및

상기 반사 공동으로부터의 에너지를 수용하여 제2 온도 판독값은 생성하도록 위치되는 제2 탐침을 포함하며,

상기 제1 탐침은 제2 탐침과 상이한 상기 반사 공동용 유효 반사율을 산출하것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탐침은 광 파이프를 포함하느 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탐침은 각각 반사 평판내에 형성되는 제1 및 제2 구멍내에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구멍은 기판 회전축에 대해 거의 동일한 반경을 갖도록 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 탐침이 위치되는 상기 반경은 3cm 이하의 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구멍은 상기 기판의 거의 동일한 영역의 온도를 측정하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구멍은 서로 1 내지 3cm 이내에 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제17항에 있어서,

처리공정중 상기 제1 및 제2 탐침으로부터 제1 및 제2 온도표시 값을 각각 수용하는 온도 측정 모듈을 더 포함하며,

상기 모듈은 제1 및 제2 온도 표시값으로부터 보정온도 판독값을 유도하도록 프로그램되어 있으며, 상기 보정온도의 판독값은 제1 또는 제2 탐침의 비보정 판독값 보다 더 정확한 기판의 실제 온도값인 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제24항에 있어서, 상기 제1 탐침은 상기 반사 공동용 제1 유효 반사율을 산출하고 상기 제2 탐침은 반사 공동용 제2 유효 반사율을 산출하며, 상기 제1 유효 반사율은 제2 유효 반사율보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제25항에 있어서, 상기 모듈은 상기 제1 및 제2 온도 표시값 사이의 차이값으로부터 유도된 보정량을 가산함으로써 상기 보정된 온도 판독값을 유도하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제26항에 있어서, 상기 모듈은 상기 제1 및 제2 온도 표시값 사이의 차이값을 결정한 후에 상기 보정량을 생성하도록 보정 인수를 상기 온도 차이값에 승산하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제25항에 있어서, 상기 모듈은 기판에 대한 복사율을 계산하는데 상기 제1 및 제2 온도 표시값을 사용함으로써 상기 보정 온도 판독값을 유도한 후에 계산된 상기 기판 복사율로부터 보정온도 판독값을 계산하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제28항에 있어서, 상기 모듈은 제1 탐침에 대한 유효 복사율을 계산하는데 상기 기판 복사율을 사용함으로써 상기 보정 온도 판독값을 유도하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제29항에 있어서, 상기 모듈은 상기 보정 온도 판독값을 계산하는데 상기 제 1 탐침의 계산된 유효 복사율을 사용함으로써 상기 보정온도 판독값을 유도하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제17항에 있어서,

열처리 공정중 기판을 가열하는 가열소자를 더 포함하며,

열처리 공정중 상기 기판은 가열소자와 반사 평판 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
제31항에 있어서, 상기 기판은 후면을 가지며 상기 반사 평판은 기판의 후면에 대한 반사 공동을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 측정 장치.
열처리 챔버 내의 기판 상에 있는 국부 영역의 온도를 측정하는 장치에 있어서,

상기 기판을 열처리 챔버 내에 지지하는 지지 구조물;

상기 기판 국부 영역의 온도를 나타내는 신호를 제공하며 열처리 공정 중 상기 기판으로부터 방사선을 수용하는 단부를 갖는 에너지 탐침;

상기 기판을 열처리 챔버 내에 지지할 때 기판의 한 측면에 대한 반사 공동을 형성하도록 위치되는 반사 평판; 및

상기 신호를 개선하는 역할을 하고 상기 기판 국부 영역과 대향하는 방사선 반사면을 가지며 상기 에너지 탐침 단부 주위에 형성되는 오목한 미세 공동을 포함하는 기판 국부 영역의 온도 측정 장치.
제33항에 있어서,

상기 오목한 미세 공동은 열처리 공정 중 상기 반사 공동 내부의 에너지를 샘플링하는 기판 국부 영역의 온도 측정 장치.
제34항에 있어서, 상기 반사 평판은 상기 기판과 대향하는 평탄한 반사면을 가지며 적어도 기판 만큼 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제33항에 있어서, 상기 반사평판은 상기 기판과 대향하는 반사면을 가지며, 상기 반사면은 기판상의 오목한 미세공동의 돌출부 보다 실질적으로 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제36항에 있어서, 상기 반사면은 평탄 반사면인 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제36항에 있어서, 상기 오목한 미세공동은 상기 반사 평판의 반사면내에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제38항에 있어서, 상기 오목한 미세공동은 원통형상인 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제38항에 있어서, 상기 오목한 미세공동은 반구형상인 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제38항에 있어서, 상기 반사 평판은 제1 거리 만큼 상기 기판으로부터 분리되어 있으며, 상기 오목한 미세공동은 상기 제1 거리 보다 작은 치수를 갖는 상기 기판과 대향하는 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제33항에 있어서, 상기 지지 구조물은 기판의 원주변에 위치된 영역내에 기판을 접촉시킴으로써 기판을 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제42항에 있어서, 상기 지지 구조물은 기판영역의 온도를 측정하는 동안 기판을 회전시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제33항에 있어서, 상기 반사기는 열처리 공정중 기판의 온도보다 낮은 온도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.
제33항에 있어서, 상기 기판을 소정의 온도로 가열하는 복사 가열소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 국부영역의 온도 측정장치.