KR100990747B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판의 열처리 과정에서 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 온도 측정 장치를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치는 대상물이 안착되는 챔버와, 상기 챔버의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 대상물을 가열하는 적어도 하나의 열원이 장착되는 히팅블럭과, 상기 챔버와 상기 히팅블럭 사이에 구비되는 석영창과, 상기 챔버의 하부면을 관통하여 상기 대상물에서 방출되는 방사선을 감지하여 상기 대상물의 온도를 측정하고, 몸체의 일측에서 가스를 통과시켜 상기 방사선의 입사 경로상에 이물질의 생성을 방지하는 온도 측정 장치 및 상기 챔버의 외부 일측에 마련되어 상기 내부 공간 및 상기 온도 측정 장치의 내부로 가스를 공급하는 가스공급부를 포함한다.
고온계, 파이로미터, 급속 열처리, pyrometer, RTP

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판의 열처리 과정에서 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 온도 측정 장치를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하는데 있어서 여러 가지 열처리 공정이 사용된다. 예를 들면, 실리콘 기판을 산화시켜 실리콘산화막(SiO2)을 만들고 절연층, 에칭 마스크 또는 트랜지스터용 게이트 산화막으로 사용하기 위한 박막의 어닐링(annealing) 공정 및 BPSG(borophosphosilicate glass)막과 같은 유동성 막의 평탄화를 위한 리플로우(reflow) 공정 등 여러 가지 목적으로 열처리 공정이 사용되고 있다.
최근, 열처리 공정이 사용되는 반도체 소자가 점점 고집적화 됨에 따라 소자의 크기가 작아지게 되었다. 이에 기판을 신속하게 가열 또는 냉각시킬 수 있어서 열소모 비용(thermal budget)이 절감되는 급속 열처리(Rapid Thermal Processing; RTP) 장치가 많이 이용되고 있다.
이러한 급속 열처리 장치는 기존의 확산로(furnace)에서 수행하던 다양한 공정을 대부분 수행할 수 있다. 즉, 어닐링, 도펀트 활성화, 산화 및 질화 등을 포함하는 몇 가지 타입의 열처리(열적 프로세스)에 적용될 수 있으며, 전구체(precursor) 또는 에칭 가스의 존재 하에서 화학기상증착 및 에칭하는 경우에도 적용될 수 있다.
급속 열처리 장치에서 공정 진행시 기판의 온도균일성은 기판에 주입된 불순물층의 균일한 확산과, 산화막과 같은 물질막을 균일하게 성장시키는데 매우 중요하다. 따라서 기판의 온도를 정확하게 측정하는 것은 급속 열처리 공정의 신뢰성과 반도체 소자의 질을 결정하는 중요한 요소이다.
도 1은 종래 기술에 따른 온도 측정 장치의 내부 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 온도 측정 장치가 장착된 기판 처리 장치의 개략적인 내부 구성도이다.(도 2에서 기판 처리 장치의 외부 구성은 생략하였다.)
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 온도 측정 장치(60)는 기판(S)에서 방출되는 방사선(R2)을 입사받는 라드(rod; 62)와, 라드(62)의 하단에 연결되어 방사선(R2)을 일측으로 전달하는 광학 파이버(optical fiber; 64)와, 라드(62) 및 광학 파이버(64)의 연결부위를 감싸고 챔버(20)의 하부면을 관통하는 라드연결몸체(66) 및 챔버(20)의 외측에 구비되어 광학 파이버(64)에 의해 전달된 방사선(R2)을 통해 기판(S)의 온도를 측정하는 고온계(68)를 포함한다.
또한, 위와 같은 온도 측정 장치(60)가 장착되는 종래의 기판 처리 장치(10) 는 기판(S)이 처리되는 공간을 제공하는 챔버(20)와, 챔버(20) 내부에 구비되어 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지수단(30)과, 챔버(20)의 상부에서 결합되고 기판(S)을 가열하는 히팅블럭(40)과, 챔버(20)와 히팅블럭(40) 사이에 구비되어 히팅블럭(40)에서 방출된 복사 광선(R1)을 기판(S)에 투과시키는 동시에 챔버(20) 내부의 기밀을 유지시키는 석영창(50) 및 챔버(20)의 하부면을 관통하여 기판(S)으로부터 방출된 일정 파장의 방사선(R2)을 입사받아 기판(S)의 온도를 측정하는 온도 측정 장치(60)를 포함한다.
종래의 온도 측정 장치(60)에서 라드(62)는 투과성이 높은 석영을 재질로 하고, 속이 가득 차 있는 봉 또는 막대 형상으로 이루어지며, 챔버(20)의 하부면을 관통하여 기판(S)과 챔버(20)의 하부면 사이의 공간에서 기판(S)에 인접되도록 챔버(20)의 하부면으로부터 돌출된다.
그런데, 종래의 기판 처리 장치(10)에서 열처리 공정이 수행되면, 챔버(20)의 내부에서는 공정가스의 반응 등에 의해 오염물 또는 파티클(particle)이 생성되고, 고온으로 유지되는 챔버(20)의 내측벽 내지 챔버(20) 내부의 여러 부속 장치들에 쉽게 부착된다. 특히, 오염물은 고온으로 가열된 기판(S)에 인접되는 라드(62)의 상단면에 부착되어 오염막(F)을 형성한다.
따라서, 종래의 온도 측정 장치(60)를 통해 기판(S)의 온도를 측정하게 되면, 기판(S)에서 방출되는 방사선(R2)이 라드(62)의 상단면에 부착된 오염막(F)에 의해 가로막혀 라드(62)의 내부로 제대로 입사되지 못하는 문제점이 있었다. 이로 인해 기판(S)의 온도를 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 기판(S)의 실시간 온도를 바탕으로 하는 온도 제어가 이루어지지 못해 급속 열처리 공정의 신뢰성이 떨어지고, 공정에 의해 생산되는 반도체 소자의 질이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 기판의 열처리 과정에서 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 온도 측정 장치를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치는 대상물이 안착되는 챔버와, 상기 챔버의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 대상물을 가열하는 적어도 하나의 열원이 장착되는 히팅블럭과, 상기 챔버와 상기 히팅블럭 사이에 구비되는 석영창과, 상기 챔버의 하부면을 관통하여 상기 대상물에서 방출되는 방사선을 감지하여 상기 대상물의 온도를 측정하고, 몸체의 일측에서 가스를 통과시켜 상기 방사선의 입사 경로상에 이물질의 생성을 방지하는 온도 측정 장치 및 상기 챔버의 외부 일측에 마련되어 상기 내부 공간 및 상기 온도 측정 장치의 내부로 가스를 공급하는 가스공급부를 포함한다.
본 발명에 따르면 기판을 열처리하는 과정에서 기판이 가열되는 온도에 따라 기판으로부터 방출되는 방사선을 입사받는 온도 측정 장치의 라드를 튜브형으로 형성함으로써 상단면 전체에 오염막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 고온의 환경에 노출되는 튜브형 라드의 상단면에서 이격되어 상대적으로 저온의 환경에 투과창 및 광학 파이버를 연결시키고, 투과창의 상측으로 퍼지가스를 분사시킴으로써 튜브형 라드의 내부로 유입된 오염물이 투과창의 상면에 부착 되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 기판의 열처리시 챔버 내부에서 발생하는 오염물의 영향을 받지 않고 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 기판의 온도를 정확하게 측정함으로써 기판의 온도 제어가 가능해지며, 열처리 공정의 신뢰성 및 반도체 소자의 질이 향상되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치의 내부 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 선 A-A'에 따른 수평 단면도 및 변형예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 튜브형 라드에 반사막이 형성된 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치가 장착된 기판 처리 장치의 구성도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치(600)는 기판(S)에서 방출되는 방사선(R2)을 입사받는 튜브형 라드(620)와, 튜브 형 라드(620)의 하단에 결합되고 방사선(R2)을 일측으로 전달하는 광학 파이버(optical fiber; 640)와, 튜브형 라드(620)와 광학 파이버(640) 사이에 구비되는 투과창(650)과, 튜브형 라드(620) 및 광학 파이버(640)의 연결부위를 감싸는 라드연결몸체(660) 및 광학 파이버(640)에서 전달된 방사선(R2)을 통해 기판(S)의 온도를 측정하는 고온계(pyrometer; 680)를 포함한다. 또한, 온도 측정 장치(600)에는 투과창(650)의 상면과 접하는 튜브형 라드(620)의 하단면 및 라드연결몸체(660)에는 수평으로 관통되는 적어도 하나 이상의 가스분사통로(670)가 형성된다. 여기서, 열처리가 요구되는 피처리체 예를 들어, 박막이 형성된 기판 또는 웨이퍼는 이하 통칭하여 기판(S)이라 정의한다.
튜브형 라드(620)는 속이 비어있는, 즉 상하 양단이 수직으로 관통되는 형상으로 이루어지고, 개방된 상단이 기판(S)의 하부에 인접되도록 챔버(200)의 하부면을 수직으로 관통하여 돌출된다. 튜브형 라드(620)는 기판(S)이 가열되면서 자체적으로 방출하는 방사선(R2)을 입사받는 탐침부의 역할을 하는데, 고온의 기판(S)에 인접하기 때문에 열적 내구성이 우수하면서 광투과성이 높은 석영(quartz)을 재질로 하여 이루어진다. 이때, 방사선(R2)은 기판(S)이 가열되는 온도에 따라 특정 스펙트럼의 성분과 세기를 갖는 다양한 파장으로 기판(S)으로부터 방출된다.
또한, 튜브형 라드(620)는 좁은 내부 직경을 갖도록 형성되어 챔버(200)의 내부에서 순환되는 가스(G)가 튜브형 라드(620)의 상단부에서 석션(suction)되는 벤트리(ventri) 효과를 발생시킨다. 즉, 튜브형 라드(620)의 내측으로 인입되는 오 염물의 양을 감소시킨다.
챔버(200)의 하부면을 관통하여 돌출되는 튜브형 라드(620)의 외주면에는 도 5에 도시된 바와 같이 반사막(695)이 추가로 형성될 수 있다. 튜브형 라드(620)는 석영 재질로 이루어지기 때문에 기판(S)에서 방출되는 방사선(R2)이 튜브형 라드(620)의 개방된 상단면을 통해 입사될 수 있으며, 튜브형 라드(620)의 외측면을 통해 내부로 미량이 입사될 수 있다. 따라서, 튜브형 라드(620)의 외주면에 반사막(695)을 형성함으로써 튜브형 라드(620)의 외측면을 통해 내부로 방사선(R2)이 입사되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 반사막(695)의 형성을 통해 보다 정확한 기판(S)의 온도를 검출할 수 있다. 한편, 반사막(695)은 튜브형 라드(620)의 외주면 전체에 형성될 수 있으며, 챔버(200)의 내측 하부면에 구비되는 피팅고정판(360)으로부터 상측으로 돌출되는 부분에만 반사막(695)을 형성시킬 수 있다.
본 실시예에서 반사막(695)으로는 알루미늄 합금이 사용되며, 분말 형태로 튜브형 라드(620)에 도포되거나, 시트 형태로 형성하여 튜브형 라드(620)에 감쌀 수 있다.
광학 파이버(640)는 튜브형 라드(620)에 입사된 방사선(R2)을 직선 및 곡선 경로를 갖는 플렉시블(flexible)한 몸체를 따라 이송시키는 광전송 수단이다. 광학 파이버(640)는 유리나 플라스틱을 이용해 만들어지기 때문에 고온에 노출시 변형이 야기되는 문제가 있어 기판(S)의 하측에 바로 위치되지 않고 상대적으로 온도가 낮은 튜브형 라드(620)의 하부에서 결합된다.
투과창(650)은 플레이트 형상의 석영창(quartz window)로서 튜브형 라드(620)와 광학 파이버(640) 사이에 구비된다. 본 실시예에서 투과창(650)은 수평 단면의 형상이 원형으로 이루어지는데, 수평 단면의 면적이 튜브형 라드(620)의 수평 단면적보다 크게 형성되면 타원형 또는 다각형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 투과창(650)은 튜브형 라드(620)에 형성된 관통구의 연장선상에 위치되어 튜브형 라드(620)의 관통구를 통해 낙하된 오염물이 바로 광학 파이버(640)의 상단에 부착되는 것을 방지한다. 또한, 광학 파이버(640)가 챔버(200)의 내부 압력 등의 외적 요인에 영향을 받지 않도록 챔버(200)의 내부 공간으로부터 광학 파이버(640)을 기밀 유지시킨다. 이러한 투과창(650)은 라드연결몸체(660)의 내부, 보다 구체적으로 상하로 나뉘어지는 라드연결몸체(660) 중에서 하부 라드연결몸체(660b)의 상단면에 형성된 안착홈(664)에 삽입된다.(안착홈(664)에 관해서는 후술되는 라드연결몸체(660)에서 보다 상세히 살펴본다.)
라드연결몸체(660)는 튜브형 라드(620)가 수직으로 삽입되도록 상하로 관통되고, 가스분사통로(670)가 형성되는 상부 라드연결몸체(660a)와, 상부 라드연결몸체(660a)와 튜브형 라드(620) 사이에 결합되는 제1기밀수단(670)과, 상부 라드연결몸체(660a)의 하부에 결합되어 광학 파이버(640)가 수직으로 삽입되도록 상하로 관통되며 투과창(650)이 안착되는 안착홈(664)이 상단면에 형성되는 하부 라드연결몸체(660b)와, 투과창(650)의 둘레를 따라 투과창(650)과 안착홈(664) 사이에 결합되는 제2기밀수단(680) 및 상부 라드연결몸체(660a)와 하부 라드연결몸체(660b)의 결합 부위를 둘러싸며, 가스분사통로(670)의 내부 압력을 조절하는 압력제어블 럭(690; 690a, 690b)을 포함한다.
라드연결몸체(660) 중에서 상부 라드연결몸체(660a)는 챔버(200)의 하측에서 상측 방향으로 챔버(200)의 하부면을 수직으로 관통한다. 이러한 상부 라드연결몸체(660a)에는 튜브형 라드(620)가 수직으로 삽입될 수 있도록 상하 양단이 관통된 홀이 형성된다. 한편, 상부 라드연결몸체(660a)의 수직 길이(L2)는 챔버(200)의 하부면 두께(t1)보다 크고, 튜브형 라드(620)의 수직 길이(L1) 보다는 작게 형성된다. 따라서, 상부 라드연결몸체(660a)에 튜브형 라드(620)가 삽입되면, 튜브형 라드(620)의 상부는 상부 라드연결몸체(660)의 개방된 상단면을 통해 챔버(200)의 내부 공간에 노출된다.(이때, 튜브형 라드(620)가 상부 라드연결몸체(660a)의 개방된 하단면으로 돌출되지 않는다.)
투과창(650)과 접하는 상부 라드연결몸체(660a)의 하단면 및 튜브형 라드(620)의 하단면에는 가스분사통로(670; 662, 622)가 각각 형성된다. 또한, 가스분사통로(670)는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 복수개로 형성될 수 있다.
챔버(200)의 외측에는 가스공급부(800)가 구비되는데, 가스공급부(800)에서 공급되는 퍼지가스(purge gas)가 가스분사통로(670)를 통과하면서 투과창(650)의 상면에 가스막, 즉 에어커튼(air curtain)을 형성한다. 이렇게 가스막은 튜브형 라드(620)의 내부로 인입되어 낙하되는 오염물이 투과창(650)의 상면에 부착되는 것을 방지한다. 투과창(650)의 상면에 형성되는 가스막은 가스분사통로(670)를 통해 분사되는 가스량 및 분사속도에 의해 그 두께가 결정되며, 본 실시예에서는 가스공 급부(800) 내부에 퍼지가스 제어수단(미도시)를 구비하여 가스막이 방사선(R2)의 전달에 방해가 되지 않도록 얇은 두께로 형성된다. 본 실시예에서 퍼지가스로 Ar, N2 등과 같은 비활성가스(inert gas)가 사용된다.
하부 라드연결몸체(660b)는 상부 라드연결몸체(660a)의 하단면과 맞닿아져 결합되는데, 본 실시예에서는 두 몸체의 결합을 보다 용이하고 견고하게 하기 위해서 상부 라드연결몸체(660a)와 하부 라드연결몸체(660b)의 마주보는 부위에 테두리가 확장되는 플랜지(flange; 661a, 661b)를 형성하였다.
하부 라드연결몸체(660b)는 광학 파이버(640)가 하측에서 상측으로 끼워질 수 있는 소켓(socket) 역할을 한다. 이를 위해 하부 라드연결몸체(660b)에는 광학 파이버(640)가 수직으로 삽입될 수 있도록 상하 양단이 관통된 홀이 몸체 중앙부에 형성된다. 이러한, 하부 라드연결몸체(660b)는 챔버(200)의 외측 하부에 위치하기 때문에 하부 라드연결몸체(660b)에 삽입되는 광학 파이버(640)는 튜브형 라드(620)가 챔버(200) 내부의 고온의 환경에 노출되는 것과 달리 챔버(200) 외부의 저온의 환경에 노출된다.
하부 라드연결몸체(660b)의 상단면 중앙부에는 투과창(650)이 안착될 수 있는 안착홈(664)이 형성된다. 하부 라드연결몸체(660b)의 상단면에 파인 홈의 깊이, 즉 안착홈(664)의 높이는 투과창(650)의 두께와 동일하게 형성되어, 투과창(650)이 하부 라드연결몸체(660b)에 안착되면 투과창(650)의 상면과 하부 라드연결몸체(660b)의 상단면은 동일한 수평면 상에 위치하게 된다.
또한, 하부 라드연결몸체(660b)의 상단면에 파인 홈의 폭, 즉 안착홈(664)의 폭은 투과창(650)의 직경보다 크게 형성되며, 안착홈(664)에 투과창(650)이 안착되었을 때 투과창(650)의 둘레를 따라 형성되는 여유 공간, 즉 투과창(650)의 둘레를 따라 투과창(650)의 외측면과 안착홈(664)의 내측면에는 제2기밀수단(680)이 결합된다. 제2기밀수단(680)은 상부 라드연결몸체(660a)와 하부 라드연결몸체(660b) 사이의 기밀을 유지시키는 동시에 투과창(650)과 하부 라드연결몸체(660b) 사이의 기밀도 유지시킨다.
압력제어블럭(690; 690a, 690b)는 상부 라드연결몸체(660a)와 하부 라드연결몸체(660b)의 플랜지(661a, 661b)를 감쌀 수 있도록 원통형으로 이루어지는데, 설치를 용이하게 하기 위하여 수평으로 나뉘어지는 2개의 몸체(690a, 690b)로 이루어진다. 압력제어블럭(690)은 가스분사통로(670)의 내부 압력을 조절하는 차폐수단으로서, 가스(G)의 공급 및 배기는 자유롭게 이루어지도록 하는 동시에 가스분사통로(670)의 내부 압력을 일정하게 유지시킨다. 즉, 챔버(200)의 내부 압력이 튜브형 라드(620) 및 이와 연통된 가스분사통로(670)를 통해 외부의 대기 압력에 의해 영향을 받아 변동되는 것을 방지해준다.
본 실시예에서 제1기밀수단(670)과 제2기밀수단(680)으로 신축성이 있는 오링(O-ring)이 사용된다.
광학 파이버(640)의 일단에 투과창(650)이 밀착되고, 광학 파이버(640)의 타단에는 고온계(680)가 연결된다. 고온계(680)는 광학 파이버(640)를 통해 전달된 방사선(R2)을 입력받아 방사선(R2)의 파장을 판독하고, 이를 통해 열을 받아 가열된 기판(S)의 온도를 실시간으로 측정한다. 미도시되었지만, 고온계(680)의 일측에 측정된 기판(S)의 온도를 표시하기 위한 디스플레이 장치를 추가로 설치할 수 있다.
이하, 전술한 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치가 장착되는 기판 처리 장치를 살펴보기로 한다.(여기에서 후술하는 기판 처리 장치는 단시간에 고온으로 기판을 열처리하는 급속열처리 장치를 중심으로 설명하기로 한다.)
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 기판(S)이 안착되어 열처리되는 공간을 제공하는 챔버(chamber; 200)와, 챔버(200)의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하고, 적어도 하나의 열원(420)이 장착되는 히팅블럭(heating block; 400)과, 챔버(200)와 히팅블럭(400) 사이에 구비되는 석영창(500)과, 챔버(200)의 하부면을 관통하여 기판(S)의 온도를 측정하는 다수의 온도 측정 장치(600) 및 챔버(200)의 외부 일측에 마련되어 챔버(200)의 내부 공간 및 온도 측정 장치(600)의 내부로 가스(G)를 공급하는 가스공급부(800)를 포함한다.
또한, 상기의 기판 처리 장치(100)에 장착되는 온도 측정 장치(600)는 기판(S)에서 방출되는 방사선(R2)을 입사받는 튜브형 라드(620)와, 튜브형 라드(620)의 하단에 결합되고 방사선(R2)을 일측으로 전달하는 광학 파이버(640)와, 튜브형 라드(620)와 광학 파이버(640) 사이에 구비되는 투과창(650)과, 튜브형 라드(650) 및 광학 파이버(640)의 연결부위를 감싸는 라드연결몸체(660) 및 광학 파이버(640) 에서 전달된 방사선(R2)을 통해 기판(S)의 온도를 측정하는 고온계(680)를 포함하고, 투과창(650)의 상면과 접하는 튜브형 라드(620)의 하단면 및 라드연결몸체(660)에는 가스공급부(800)에서 공급된 가스(G)가 통과하는 가스분사통로(670)가 적어도 하나 이상 수평으로 형성된다.
챔버(200)는 상부가 개방된 블럭 형상으로서, 양측벽에는 기판(S)의 반입 및 반출을 위한 게이트(210a, 210b)가 형성된다. 본 실시예에서는 챔버(200)의 양측벽에 게이트(210a, 210b)를 각각 형성하였지만, 일측벽에만 하나의 게이트를 형성하고 이를 공용하여 기판(S)을 반입 및 반출시킬 수 있다. 챔버(200)의 외부에는 챔버(200)의 내부 공간으로 가스(G)를 공급하는 가스공급부(800)가 구비되며, 챔버(200)의 측면 및 하부면에는 가스공급부(800)에서 공급된 가스(G)가 챔버(200)의 내부 공간으로 공급 및 순환될 수 있도록 가스공급구(210, 220) 및 가스배기구(230. 240)가 형성된다. 가스공급부(800)의 내부에는 가스(G)의 종류에 따라 여러 가지의 가스탱크가 구비되어 챔버(200)의 내부 공간 및 온도 측정 장치(600)에 서로 다른 종류의 가스를 선택적으로 공급할 수 있다. 또한, 가스공급부(800)의 내부에는 가스 제어수단(미도시)이 구비되어 가스공급부(800)에서 공급되는 가스(G)의 공급량 등을 자유롭게 조절할 수 있다.
또한, 챔버(200)의 일측벽에는 챔버(200)의 내부 압력을 조절할 수 있는 펌프부(700)가 구비된다. 본 실시예에서는 가스공급부(800)를 통해 챔버(200) 및 온도 측정 장치(600)에 공급된 가스(G)를 배기시켰지만, 펌프부(700)를 동시에 적용 하여 보다 적극적으로 가스(G)를 챔버(200)로부터 배기시킬 수 있다.
챔버(200)의 내부에는 기판(S)을 챔버(200)의 내측 하부면으로부터 이격시켜 지지하고, 열처리시 기판(S)을 회전시키는 기판 지지수단(300)이 구비된다. 기판 지지수단(300)은 챔버(200)의 내측 하부면에 결합되는 회전링(310)과, 회전링(310)에 상부에 결합되어 수직으로 세워지는 실린더링(320) 및 실린더링(320)의 상측에서 수평으로 놓여져 기판(S)의 테두리를 지지하는 에지링(330)을 포함한다.
또한, 챔버(200)의 내측 하부면에는 챔버(200)의 하부면을 관통하여 돌출되는 온도 측정 장치(600)의 튜브형 라드(620)를 감싸 보호하는 피팅고정판(360)이 구비된다. 피팅고정판(360)에는 챔버(200)에 형성된 가스공급구(210) 및 가스배기구(240)와 각각 연통되는 가스순환통로(362, 364)가 형성되어 있으며, 이를 통해 가스공급부(800)에서 공급된 가스(G)가 기판(S)의 하부 및 피팅고정판(360)의 상면이 형성하는 공간상에서 순환된다.
히팅블럭(400)은 기판(S)에 복사 광선(R1)을 조사하여 기판(S)을 가열시키는 수단으로서, 히팅블럭 몸체(410) 내부에는 다수의 열원(420)이 장착된다.
본 실시예에서는 열원(420)으로 선형 램프가 사용된다. 선형 램프는 길이가 긴 발광부를 가지며, 선형 램프의 양측으로는 전력이 인가되는 전원도입부(미도시)가 형성된다. 한편, 열원(420)은 히팅블럭(400)에 바로 장착되거나 또는 관형 윈도우(430)에 삽입되어 장착될 수 있다. 관형 윈도우(430)는 열원(420)을 보호하는 역할을 하며, 복사 광선의 투과가 잘 일어나는 투명한 재질, 즉 석영(quartz)을 재질 로 하여 형성된다. 또한, 미도시되었지만, 히팅블럭(400)의 내부에 냉각유체가 순환될 수 있는 냉각통로를 형성하여 열원(420)의 주변에 형성하여 열원(420)을 냉각시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 통해 기판을 열처리하는 과정에서 기판이 가열되는 온도에 따라 기판으로부터 방출되는 방사선을 입사받는 온도 측정 장치의 라드를 튜브형으로 형성함으로써 상단면 전체에 오염막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고온의 환경에 노출되는 튜브형 라드의 상단면에서 이격되어 상대적으로 저온의 환경에서 투과창 및 광학 파이버를 연결시키고, 투과창의 상측으로 퍼지가스를 분사시킴으로써 튜브형 라드의 내부로 유입된 오염물이 투과창의 상면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기판의 열처리시 챔버 내부에서 발생하는 오염물의 영향을 받지 않고 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있으며, 기판의 온도를 정확하게 측정함으로써 기판의 온도 제어가 가능해진다. 결국, 열처리 공정의 신뢰성 및 반도체 소자의 질이 향상된다.
상기에서는 기판 처리 장치로서 급속열처리 장치를 예시하여 설명하였으나, 본 발명은 급속열처리 장치 외에 다양한 기판 처리 장치에 적용되어 기판의 온도를 측정할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술 적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 온도 측정 장치의 내부 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 온도 측정 장치가 장착된 기판 처리 장치의 개략적인 내부 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치의 내부 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 선 A-A'에 따른 수평 단면도 및 변형예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 튜브형 라드에 반사막이 형성된 상태를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 측정 장치가 장착된 기판 처리 장치의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 기판 처리 장치 200 : 챔버
400 : 히팅블럭 600 : 온도 측정 장치
620 : 튜브형 라드 640 : 광학 파이버
650 : 투과창 670 : 가스분사통로
680 : 고온계 690 : 압력제어블럭
695 : 반사막 700 : 펌프부
800 : 가스공급부 S : 기판

Claims (5)

  1. 대상물이 안착되는 챔버와;
    상기 챔버의 상부에서 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 대상물을 가열하는 적어도 하나의 열원이 장착되는 히팅블럭과;
    상기 챔버와 상기 히팅블럭 사이에 구비되는 석영창과;
    상기 챔버의 하부면을 관통하여 상기 내부 공간에 돌출되는 몸체의 외주면에 반사막이 형성되며, 상기 대상물에서 방출되는 방사선을 감지하여 상기 대상물의 온도를 측정하고, 상기 몸체의 일측에서 가스를 통과시켜 상기 방사선의 입사 경로상에 이물질의 생성을 방지하는 온도 측정 장치; 및
    상기 챔버의 외부 일측에 마련되어 상기 내부 공간 및 상기 온도 측정 장치의 내부로 가스를 공급하는 가스공급부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 측정 장치는,
    상기 대상물에서 방출되는 방사선을 입사받고, 외주면에 상기 반사막이 형성되는 튜브형 라드와;
    상기 튜브형 라드의 하단에 결합되고 상기 방사선을 전달하는 광학 파이버와;
    상기 튜브형 라드와 상기 광학 파이버 사이에 구비되는 투과창과;
    상기 튜브형 라드 및 상기 광학 파이버의 연결부위를 감싸는 라드연결몸체; 및
    상기 광학 파이버에서 전달된 방사선을 통해 상기 대상물의 온도를 측정하는 고온계;를 포함하고,
    상기 투과창의 상면과 접하는 상기 튜브형 라드의 하단면 및 상기 라드연결몸체에는 상기 가스공급부에서 공급된 가스가 통과하는 가스분사통로가 적어도 하나 이상 수평으로 형성되는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버의 내측 하부면에는 상기 챔버의 하부면을 관통하여 돌출되는 상기 튜브형 라드를 감싸 보호하는 피팅고정판이 구비되는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 라드연결몸체는,
    상기 튜브형 라드가 수직으로 삽입되도록 상하 관통되고, 상기 가스분사통로가 형성되는 상부 라드연결몸체와;
    상기 상부 라드연결몸체와 상기 튜브형 라드 사이에 결합되는 제1기밀수단과;
    상기 상부 라드연결몸체의 하부에 결합되어 상기 광학 파이버가 수직으로 삽입되도록 상하로 관통되며 상기 투과창이 안착되는 안착홈이 상단면에 형성되는 하부 라드연결몸체와;
    상기 투과창의 둘레를 따라 상기 투과창과 상기 안착홈 사이에 결합되는 제2기밀수단; 및
    상기 상부 라드연결몸체 및 상기 하부 라드연결몸체의 결합 부위를 둘러싸고, 상기 가스분사통로의 내부 압력을 조절하는 압력제어블럭;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 삭제
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