KR101046220B1 - 파이로미터의 수명을 연장시킬 수 있는 급속열처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 급속열처리장치에 있어서, 파이로미터(140)는, 웨이퍼(120)에서 방출되는 복사광을 수광하기 위한 수광로드(141); 수광로드(141)를 통하여 웨이퍼(120)에 광을 조사하도록 설치되는 광소스(143); 광소스(143)에서 웨이퍼(120)에 조사된 후 반사되는 반사광과 웨이퍼(120)에서 방출되는 복사광을 수광로드(141)를 거쳐 입력받아 웨이퍼(120)의 온도를 측정하는 광감지부(144);를 포함하며, 수광로드(141) 상에는 웨이퍼(120)의 가열 부산물에 의해 수광로드(141)가 오염되지 않도록 투명 보호캡(170)이 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 투명 보호캡(170)에 의하여 수광로드(141)의 오염이 방지되기 때문에 수광로드(141)를 교체하는 번거로움이 없어지고, 단지 투명 보호캡(170)만 적절한 시기에 교체하면 될 뿐만 아니라, 파이로미터(140)의 초기화 세팅이 필요 없으므로 공정 멈춤 시간이 작아져 공정효율이 향상된다. 그리고 고가의 수광로드(141)의 교체가 필요 없으므로 장비 유지비용이 적게 든다.
급속열처리, 파이로미터, 투명 보호캡, 석영, 복사율

Description

파이로미터의 수명을 연장시킬 수 있는 급속열처리장치{Apparatus for rapid thermal processing for prolonging life of pyrometer}
본 발명은 급속열처리장치에 관한 것으로서, 특히 파이로미터에 투명 보호캡을 설치하여 급속열처리 공정 진행 중에 웨이퍼에서 발생하는 부산물에 의해 파이로미터가 오염되는 것을 방지하고 나아가 상기 투명 보호캡이 과도하게 오염된 경우 이를 감지하여 사용자에게 알려주어 사용자가 적절한 시기에 상기 투명 보호캡을 교체시킬 수 있도록 하는 급속열처리 장치에 관한 것이다.
급속열처리 과정에서 웨이퍼에서 부산물이 발생하고 이러한 부산물은 급속열처리 과정이 끝나 공정챔버의 온도가 낮아지면 공정챔버 내에 응착된다. 웨이퍼의 온도측정은 통상 파이로미터를 통해서 이루어지는데, 이렇게 공정챔버 내부가 오염되는 과정에서 파이로미터도 같이 오염되어 웨이퍼의 온도가 제대로 읽혀지지 않는 문제가 발생한다.
도 1은 종래의 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공정챔버(10) 내의 에지링(30)에 웨이퍼(20)가 장착된 상태에서 가열램프(60)를 통하여 급속열처리가 이루어지고 웨이퍼(20)의 온도는 파이로미터(40)를 통해 측정된다. 파이로미터(40)에서 측정된 온도는 온도제어수단(50)을 통해 가열램프(60)의 공급전원으로 피드백되어 온도제어가 이루어진다.
급속열처리 과정에서 웨이퍼(20)에서 열처리 부산물이 발생하는데, 이러한 부산물은 급속열처리가 끝나서 온도가 내려가면 공정챔버(10)의 벽에 응착된다. 이 때 파이로미터(40)의 수광 로드(rod, 41)에도 상기 부산물이 응착되어 추후에 수광로드(41)를 통해 파이로미터(40)가 웨이퍼(20)의 온도를 읽을 때 실제 웨이퍼의 온도와 편차가 나게 된다.
종래에는 어느 정도 공정을 진행하다가 부산물에 의한 오염이 심해지기 전에 주기적으로 수광로드(41)를 교체하거나 PM(preventive maintenance)를 실시하였다. 따라서 심각한 오염이 아님에도 불구하고 고가의 수광로드(41)가 교체되어 장비의 유지비용이 많이 들었고, PM 주기도 짧아서 생산성이 좋지 않았다. 또한 수광로드(41)를 새것으로 교체할 경우에 파이로미터(40)를 다시 초기화 세팅하여야 하므로 수광로드(41)를 교체하는 것은 매우 번거로운 작업이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파이로미터의 사용수명을 늘리고 PM 주기도 길게 할 수 있는 급속열처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 급속열처리장치는, 웨이퍼를 가열하기 위한 가열램프; 상기 웨이퍼의 온도를 측정하는 파이로미터; 상기 파이로미터에서 측정되는 온도를 귀환신호로 하여 상기 가열램프의 출력파워를 제어함으로써 상기 웨이퍼의 온도를 제어하는 온도제어수단; 을 구비하되,
상기 파이로미터는,
상기 웨이퍼에서 방출되는 복사광을 수광하기 위한 수광로드;
상기 수광로드를 통하여 상기 웨이퍼에 광을 조사하도록 설치되는 광소스;
상기 광소스에서 상기 웨이퍼에 조사된 후 반사되는 반사광과 상기 웨이퍼에서 방출되는 복사광을 상기 수광로드를 거쳐 입력받아 웨이퍼의 온도를 측정하는 광감지부;를 포함하며,
상기 수광로드 상에는 상기 웨이퍼의 가열 부산물에 의해 상기 수광로드가 오염되지 않도록 투명 보호캡이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 보호캡은 석영재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 온도제어수단은, 상기 투명 보호캡이 오염되지 않았을 때에 상기 광감지부에 의해 감지되는 기준 복사율과의 오차한계를 규정하는 기준오차범위를 사용자로부터 입력받아, 상기 광감지부에 의해 감지되는 복사율이 상기 기준오차범위 내에 있으면 이를 감안하여 온도보정을 하여 공정을 진행하고, 기준오차범위 밖에 있으면 사용자에게 경고신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 투명 보호캡(170)에 의하여 수광로드(141)의 오염이 방지되기 때문에 수광로드(141)를 교체하는 번거로움이 없어지고, 단지 투명 보호캡(170)만 적절한 시기에 교체하면 될 뿐만 아니라, 파이로미터(140)의 초기화 세팅이 필요 없으므로 공정 멈춤 시간이 작아져 공정효율이 향상된다. 그리고 고가의 수광로드(141)의 교체가 필요 없으므로 장비 유지비용이 적게 든다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
도 2는 본 발명에 따른 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 공정챔버(110) 내의 에지링(130)에 웨이퍼(120)가 장착된 상태에서 가열램프(160)를 통하여 급속열처리가 이루어지며, 웨이퍼(120)의 온도측정을 위한 파이로미터(140)의 수광로드(141) 상에는 수광로드(141)의 오염을 막기 위한 석영재질의 투명 보호캡(170)이 설치된다.
투명 보호캡(170)은 도 2에서와 같이 수광로드(141) 상에만 마개형태로 형성될 수도 있지만 도 3에서와 같이 판 형태를 하여 수광로드(141)가 설치되어 있는 부분과 웨이퍼(120)가 있는 부분을 분할하도록 설치될 수도 있다.
도 4는 파이로미터(140)의 온도측정 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 파이로미터(140)에는 광소스(light source, 143)와 광감지부(detector, 144)가 포함된다. 광감지부(144)는 웨이퍼(120)에서 방출되는 복사광과 광소스(143)에서 웨이퍼(120)에 조사되어 반사되어 나오는 반사광을 입력받아 빛의 방출세기(radiant intensity)와 복사율(emissivity)을 통하여 웨이퍼(120)의 온도를 측정한다.
파이로미터(140)의 수광로드(141) 상에는 투명 보호캡(170)이 덮여 있으므로 투명 보호캡(170)이 오염될수록 파이로미터(140)가 측정하는 온도와 웨이퍼(120)의 실제 온도가 차이가 나게 된다. 즉, 도 5의 그래프에서 알 수 있듯이 투명 보호캡(170)이 오염될수록 파이로미터(140)가 읽는 온도가 웨이퍼의 실제온도보다 더 낮아지며 이러한 경향은 온도가 높아질수록 커진다. 따라서 도 6의 그래프와 같이 투명 보호캡(170)이 오염될수록 파이로미터(140)가 읽는 온도가 웨이퍼의 실제온도와 차이가 많이 나며, 그러한 차이는 온도가 높을수록 커진다. 투명 보호캡(170)의 오염도는 투과율로 나타내었으며 투과율이 낮을수록 오염이 심한 것을 의미한다.
도 7은 보호캡(170)의 교체를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 상술한 바와 같이 투명 보호캡(170)의 오염이 많이 될수록 파이로미터(140)에서 감지하는 복사율(emissivity)이 작아지게 된다.
온도제어수단(150)은 보호캡(170)이 오염되지 않았을 때에 보호캡(170)을 통과하여 파이로미터(140)에 입력되는 복사율을 기준으로 하여 가열램프(160)의 파워 를 제어한다(이하에서는 이 때의 복사율을 기준 복사율이라고 하겠다).
웨이퍼(120)의 복사율을 파이로미터(140)로 측정하면 투명 보호캡(170)의 오염도를 알 수 있다(S1 단계). 투명 보호캡(170)이 오염될수록 파이로미터(140)에서 측정되는 복사율이 상기 기준 복사율보다 작게 되기 때문이다.
기준 복사율과의 오차한계를 규정하는 기준오차범위는 사용자에 의하여 온도제어수단(150)에 입력된다. 온도제어수단(150)은 파이로미터(140)에서 측정되는 복사율이 상기 기준오차범위 내에 있는지의 여부를 판단한다(S2 단계). 만약 복사율이 상기 기준오차범위 내에 있으면 이를 감안하여 온도보정을 하여 공정을 진행하고(S3 단계), 파이로미터(140)에서 측정되는 복사율이 상기 기준오차범위를 벗어나면 보호캡(170)이 많이 오염된 것으로 판단하여 이를 교체하도록 경고음을 발생한다(S4 단계).
도 1은 종래의 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략도;
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 급속열처리장치를 설명하기 위한 개략도들;
도 4는 파이로미터(140)의 온도측정 원리를 설명하기 위한 도면;
도 5 및 도 6은 투명 보호캡(170)의 오염도에 따른 측정온도 오차를 설명하기 위한 그래프들;
도 7은 보호캡(170)의 교체를 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>
10, 110: 공정챔버 20, 120: 웨이퍼
30, 130: 에지링 40, 140: 파이로미터
41, 141: 수광로드 50, 151: 온도제어수단
60, 160: 가열램프 170: 투명 보호캡

Claims (3)

  1. 웨이퍼를 가열하기 위한 가열램프;
    상기 웨이퍼의 온도를 측정하는 파이로미터;
    상기 파이로미터에서 측정되는 온도를 귀환신호로 하여 상기 가열램프의 출력파워를 제어함으로써 상기 웨이퍼의 온도를 제어하는 온도제어수단; 을 구비하되,
    상기 파이로미터는,
    상기 웨이퍼에서 방출되는 복사광을 수광하기 위한 수광로드;
    상기 수광로드를 통하여 상기 웨이퍼에 광을 조사하도록 설치되는 광소스;
    상기 광소스에서 상기 웨이퍼에 조사된 후 반사되는 반사광과 상기 웨이퍼에서 방출되는 복사광을 상기 수광로드를 거쳐 입력받아 웨이퍼의 온도를 측정하는 광감지부;를 포함하며,
    상기 수광로드 상에는 상기 웨이퍼의 가열 부산물에 의해 상기 수광로드가 오염되지 않도록 투명 보호캡이 설치되고;
    상기 온도제어수단은,
    상기 투명 보호캡이 오염되지 않았을 때에 상기 광감지부에 의해 감지되는 기준 복사율과의 오차한계를 규정하는 기준오차범위를 사용자로부터 입력받아, 상기 광감지부에 의해 감지되는 복사율이 상기 기준오차범위 내에 있으면 이를 감안하여 온도보정을 하여 공정을 진행하고, 기준오차범위 밖에 있으면 사용자에게 경고신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 급속열처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 보호캡이 석영재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리장치.
  3. 삭제
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