KR101389004B1 - 온도 검출 장치 및 온도 검출 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이로미터를 통해 비접촉 온도를 검출하는 장치 및 검출 방법, 그리고 이러한 온도 검출 장치를 적용한 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 습도에 영향을 받지 않고 정확한 온도를 측정하도록 보정하는 온도 검출 장치 및 검출 방법, 이를 적용한 기판 처리 장치이다. 본 발명의 실시 형태는 습도를 측정하는 습도 센서와, 습도별로 온도 보정값을 저장한 온도 보정 데이터베이스와, 습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 대상체에서 방사되는 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 상기 습도 센서에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도를 산출하는 파이로미터를 포함한다.

Description

온도 검출 장치 및 온도 검출 방법 및 기판 처리 장치{Apparatus for detecting temperature and method for operating the same and apparatus for processing substrate}
본 발명은 파이로미터를 통해 비접촉 온도를 검출하는 장치 및 검출 방법, 그리고 이러한 온도 검출 장치를 적용한 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 습도에 영향을 받지 않고 정확한 온도를 측정하도록 보정하는 온도 검출 장치 및 검출 방법, 이를 적용한 기판 처리 장치이다.
기판에 대하여 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치는 텅스텐 할로겐 램프와 같은 가열 램프를 이용하여 실리콘 기판에 열을 공급하고 이때 기판의 온도를 광학 프로브를 통하여 산출한다. 산출한 기판의 온도를 가열 제어기에서 피드백받아 가열 램프를 제어해주는 장치이다.
도 1은 저온 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10) 내의 에지링(30)에 기판(20)이 장착된 상태에서 다수의 가열 램프(61)를 통하여 열처리가 이루어지고 기판(20)의 온도는 장파장 대역을 측정하는 파이로미터(40)를 통하여 비접촉 방식으로 측정된다. 이하에서 파이로미터라 함은 5㎛ ~ 15㎛의 장파장 대역의 복사 에너지를 측정하여 온도로 변환 산출하는 파이로미터를 말한다.
따라서 파이로미터(40)는 기판(20)으로부터 방출된 600℃ 이하의 저온인 5㎛ ~ 15㎛ 장파장의 복사 에너지를 렌즈(41)를 통해 집광하여, 흑체 복사 온도 관계를 바탕으로 기판의 온도를 비접촉 방식으로 산출할 수 있다. 파이로미터(40)에서 산출된 온도는 가열 제어기(50)를 통해 가열부(60)로 피드백되어 다수의 가열 램프(61)에 대한 온도 제어가 이루어진다.
한편, 일반적으로 5um~7um 대역의 장파장은 수분(H2O)에 의하여 흡수되는 성질을 가진다. 따라서 광파장 투과 영역에 100% 수분으로 존재한다면 5um~7um 대역의 광파장은 도 2에 도시한 바와 같이 거의 투과되지 못하게 된다.
따라서 가열 램프(61)에서 방사되는 장파장은 기판(20)을 투과하여 공정 챔버(10) 내부를 거쳐 장파장 측정 파이로미터에 입력되는데, 이러한 파이로미터에 입력되는 장파장은 광투과 영역에 존재하는 수분(H2O)에 의하여 투과율이 달라지게 된다.
예를 들어, 장파장 투과 영역에 30%의 수분(H2O)이 존재하는 경우 광파장 투과율은 90%를 가지며, 50%의 수분(H2O)이 존재하는 경우 장파장 투과율은 60%를 가지며, 70%의 수분(H2O)이 존재하는 경우 장파장 투과율은 10% 미만을 가지게 된다.
따라서 광투과 영역에 존재하는 수분(H20)에 따라서 파이로미터에서 측정되는 온도가 달라지는 문제가 발생하게 된다. 즉, 수분(H20)의 차이로 인한 장파장 투과율 변화로 인하여, 파이로미터로 입력되는 장파장의 복사 에너지의 크기 값이 달라지게 되고, 이로 인해 파이로미터의 온도 변환값에 오차가 발생되는 문제가 있다. 또한 투과율이 낮은 점을 보완하기 위하여 광량을 높게 수광하도록 직경이 큰 파이로미터를 사용할 수 있지만, 이러한 경우 파이로미터 대형화로 인해 비용 상승 및 설치 어려움이 발생하고, 장비 소형화에 방해가 되는 문제가 있다. 즉, 5um ~ 15um 대역을 기준으로 볼 때 7um ~ 15um 대역의 광량은 60%로 줄게 되고, 이로 인해 7um ~ 15um 대역만을 수광하는 파이로미터를 구현할 경우, 7um ~ 15um 대역을 수광하는 파이로미터보다 1.7배 크게 해야 하는 문제가 있다. 이로 인해 주변 장치의 크기 역시 커져야 하는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2009-0130659
본 발명의 기술적 과제는 습도에 영향을 받지 않고 정확한 온도를 측정하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 장파장 대역의 전체를 측정하여 온도를 산출하는 파이로미터를 소형화하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 습도에 영향받지 않고 정확한 가열 램프 온도 제어를 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 습도를 측정하는 습도 센서와, 습도별로 온도 보정값을 저장한 온도 보정 데이터베이스와, 습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 대상체에서 방사되는 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 상기 습도 센서에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도를 산출하는 파이로미터를 포함한다.
또한 방사되는 보정대상 파장 대역의 세기를 변환한 온도를 보정대상 온도라 하고, 상기 투과율 통과 파장 대역의 세기를 변환한 온도를 투과율 통과 온도라 할 때, 상기 투과율 통과 온도와 보정대상 온도 간의 차이값을 각 습도별로 온도 보정값으로 하여 상기 데이터베이스에 저장함을 특징으로 한다.
또한 투과율 저지 파장 대역은 100% 습도 환경에서 투과율이 10% 이하인 파장 대역이며, 상기 투과율 통과 파장 대역은 100% 습도 환경에서 투과율이 90% 이상인 파장 대역임을 특징으로 한다.
또한 투과율 저지 파장 대역은 5um ~ 7um 파장 대역이며, 상기 투과율 통과 파장 대역은 7um ~ 15um의 파장 대역이고, 상기 보정대상 파장 대역은 5um ~ 15um 파장 대역임을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시 형태는 복수의 가열 램프를 내부에 수납한 가열 하우징과, 상기 가열 램프의 복사 에너지에 의하여 기판 처리가 이루어지는 공간을 가지는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 마련되어 공정 챔버 내부의 습도를 측정하는 습도 센서와, 습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 기판에서 방사되는 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 상기 습도 센서에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도를 산출하는 파이로미터와, 상기 파이로미터에서 산출한 비접촉 온도를 이용하여 상기 가열 램프를 제어하는 가열 제어기를 포함한다.
또한 공정 챔버는, 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부의 둘레를 감싸며 기판 출입 게이트를 구비한 프로세스 키트를 포함하며, 상기 습도 센서는 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판과 기판 아래에 위치하는 파이로미터 사이의 공간의 습도를 측정함을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 습도별로 온도 보정값을 저장한 온도 보정 데이터베이스를 생성하는 과정과, 습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 방사되는 파장 대역 중에서 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 보정대상 온도를 산출하는 과정과, 상기 파장 대역이 방사되는 영역의 습도를 측정하는 과정과, 상기 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 상기 온도 보정 데이터베이스에서 추출하는 과정과, 상기 보정대상 온도에 상기 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도로 산출하는 과정을 포함한다.
또한 온도 보정 데이터베이스를 생성하는 과정은, 방사되는 파장 대역 중에서 상기 투과율 통과 파장 대역의 파장 세기를 검출하여 변환한 투과율 통과 온도를 산출하는 과정과, 방사되는 파장 대역 중에서 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 검출하여 변환한 보정대상 온도를 산출하는 과정과, 상기 투과율 통과 온도와 보정대상 온도 간의 차이값을 온도 보정값으로 산출하는 과정과, 습도를 달리하며 상기 투과율 통과 온도를 산출하는 과정, 보정대상 온도를 산출하는 과정, 온도 보정값으로 산출하는 과정을 반복하여 각 습도별로 데이터베이스에 저장하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 습도에 따른 온도 보상을 함으로써, 주변의 습도와 무관하게 정확한 온도를 측정할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 습도에 따른 온도 보상을 함으로써, 장파장 대역의 전체를 집광하기 위해 파이로미터의 크기를 대형화하지 않아도 된다. 따라서 장비의 소형화를 이룰 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 습도에 영향받지 않고 정확한 가열 램프 온도 제어를 수행할 수 있다.
도 1은 저온 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 파장 대역별로 수분에 의해 투과율 영향받는 모습을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 하우징 및 공정 챔버를 구비하여 열처리하는 기판 처리 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가열 하우징 및 공정 챔버를 포함한 열처리 장치에서 온도 측정 및 가열 처리를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 온도 보정 데이터베이스를 생성하는 과정을 도시한 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 측정 파장과 습도와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 파이로미터가 온도를 검출하는 과정을 도시한 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하 설명에서는 기판을 대상으로 온도를 보정하는 예를 설명하겠으나, 이밖에 산업체에서 사용되는 다양한 대상체의 온도를 보정하는데도 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 하우징 및 공정 챔버를 구비하여 열처리하는 기판 처리 장치의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가열 하우징 및 공정 챔버를 포함한 열처리 장치에서 온도 측정 및 가열 처리를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
이하 설명에서는 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치를 예로 들어 설명할 것이나, 열처리 이외에 다양한 공정을 수행하는 다른 기판 처리 장치에 적용될 수 있을 것이다.
열처리 장치는 가열 램프 등으로부터 방출된 에너지를 직접 기판에 흡수 가열하여 기판의 온도를 빠르게 가열시켜 열처리할 수 있다.
열처리 장치의 구성을 살펴보면, 복수의 가열 램프(110)를 내부에 수납한 가열 하우징(100)과, 가열 램프(110)의 복사 에너지에 의하여 기판 처리가 이루어지는 공간을 가지는 공정 챔버(200)와, 공정 챔버 내부에 마련되어 공정 챔버 내부의 습도를 측정하는 습도 센서(600)와, 습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 기판(W)에서 방사되는 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 습도 센서(600)에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도를 산출하는 파이로미터(500)와, 파이로미터에서 산출한 비접촉 온도를 이용하여 가열 램프(110)를 제어하는 가열 제어기(400)을 포함한다. 그리고, 도시되지 않았지만, 상기 공정 챔버(200) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 더 포함할 수 있는데, 이를 통해 공정 챔버(200)를 고진공으로 할 수 있다.
가열 하우징(100)은 복사 에너지를 발생시키는 복수의 가열 램프(110)를 내부에 수납한다. 상기 복사 에너지는 가열 램프(110)에서 발생되는 광의 형태로서 나타나며, 가열 램프(110)에서 발생되는 복사열의 복사 에너지에 의해 기판이 가열된다.
가열 램프(110)는 벌브 타입(bulb type) 또는 리니어 타입(linear type)으로 방사상의 다수의 존으로 배열된다. 상기 가열 램프(110)는 텅스텐 할로겐 램프 또는 아크 램프로 구현되어, 근적외선 형태로서 에너지를 방사한다. 가열 램프(110)는 그 내부가 비어 있는 관형으로 제작되며, 할로겐 텅스텐 램프로 구현되는 경우 그 내부에는 복사 에너지를 발생시키는 필라멘트가 구비된다. 램프 몸체는 유리 또는 쿼츠를 사용하여 제작하여, 이를 통해 복사열의 복사 에너지를 손실 없이 투과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 가열 램프 내부에는 불활성 가스들(예를 들어, 아르곤)이 충진되는 것이 효과적이다.
공정 챔버(200)는 열처리 공간인 내부 공간을 가지는데, 열처리 공간 내부에 온도 측정이 이루어지는 대상체인 기판이 안착된다. 내부가 비어있는 원형, 사각형 통 형상으로 제작되나, 이에 한정되지 않고, 다양한 통 형상이 가능하다. 즉, 원형 또는 다각형이 가능할 수 있다. 그리고 공정 챔버(200)의 일 측면 및 타측면 각각에는 기판의 출입을 위한 기판 출입 게이트(211)가 마련되며, 어느 하나의 기판 출입 게이트(211)는 이송 모듈(미도시)과 연결된다. 참고로, 기판은 실리콘 웨이퍼, 폴리머 기판, 유리 기판(glass) 등 다양한 대상체가 적용될 수 있으며, 유리 기판과 같이 대형 기판을 사용하는 경우 공정 챔버의 크기는 커지게 될 것이다.
공정 챔버(200)는 기판을 지지하는 에지링(222)을 구비한 기판 지지부(220), 기판 지지부를 지지하는 베이스부(230), 기판 지지부를 감싸는 프로세스 키트(210)을 구비한다.
기판 지지부(220)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수개의 리프트 핀(221)이 구비된다. 에지링(222)은 열처리 공간의 내부에서 가열 하우징(100)에 마주보며 대향되는 위치에 기판을 안착시킬 수 있는 안착 수단이다. 기판이 균일하게 열처리되도록 하기 위하여, 기판 지지부(220)에 의하여 지지되어 기판을 구동 모터에 의하여 회전할 수 있도록 한다. 기판 지지부의 둘레에 프로세스 키트(210)가 설치된다. 이에 따라, 열처리 공정 수행시 프로세스 키트(210)의 내부에 기판 지지부가 위치하며, 기판 지지부(220)의 회전에 의하여 에지링(222)에 안착된 기판을 일정 속도로 회전된다. 또한 기판 지지부의 내부의 바닥면에는 파이로미터의 집광 렌즈(미도시)가 위치하여 기판을 투과하여 방사되는 파장을 측정할 수 있다. 이밖에 기판 지지부는 에지링(222)이 아닌 핀 방식과 같이 다양한 방식에 의해 지지될 수 있다.
베이스부(230)는 기판 지지부(220)를 지지하는 하우징이다. 기판 지지부를 지지하는 샤프트(미도시)가 베이스부(230)를 관통하여 외부 모터(미도시)의 구동에 의하여 샤프트 회전이 이루어지며, 이에 따라 기판 지지부(220)가 회전한다.
프로세스 키트(210)는 기판 지지부(220)의 둘레를 감싸는 석영 실린더(quartz cylinder)(212)와, 프로세스 키트의 일 측면 및/또는 타측면 각각에는 기판의 출입을 위한 기판 출입 게이트(211)가 마련되며 어느 하나의 기판 출입 게이트(211)는 기판 이송 모듈(미도시)과 연결된다. 프로세스 키트(210)의 기판 출입 게이트(211)을 통하여 기판(W)이 장입되어 기판 지지부(220)의 에지링(222)에 놓이게 놓이게 된다. 참고로, 기판이 프로세스 키트 내부로 장입되는 경우에는 리프트 핀(221)이 상승된 상태에서 기판이 인입되어 리프트 핀(221)에 놓이고, 리프트 핀(221)의 하강에 의하여 기판이 에지링(222)에 놓일 수 있다. 반대로 기판이 반출되는 경우에는 리프트 핀(221)이 상승되어 에지링(222)으로부터 기판을 상승시킨 후 기판 출입 게이트(221)를 통해 기판를 외부로 반출할 수 있다.
가열 하우징(100)과 프로세스 키트(210) 사이에는 윈도우(300;window)가 구비되어, 가열 램프에서 방사되는 열에너지를 투과시켜 기판에 전달한다. 윈도우(300)는 가열 하우징(100)과 프로세스 키트(210) 사이에서 기밀을 유지시키는데, 가열 하우징(100)과 프로세스 키트(210) 사이를 차단시켜 외부 환경(가스,오염물질)으로부터 공정 챔버를 보호한다. 또한 윈도우(300)는 가열 램프(110)를 보호하고, 가열 램프에서 발생하는 열로 인해서 생기는 부산물이 공정 챔버 내부의 열처리 공간에 위치한 기판으로 떨어지는 것을 막아준다. 윈도우(300)로서 투과성의 쿼츠(quartz)를 사용하는 것이 효과적이다. 그러나 쿼츠 윈도우 이외에 투광성을 가진 다양한 재질이 사용될 수 있음은 자명할 것이다.
가열 제어기(400)는 파이로미터(500)에서 보정되어 산출된 비접촉 온도를 이용하여 가열 램프(110)를 피드백제어한다. 따라서 파이로미터(500)에서 보정되어 산출된 비접촉 온도가 설정된 온도보다 높은 경우에는 가열 램프(110)의 발광량을 적게 하며, 반대로 파이로미터(500)에서 보정되어 산출된 비접촉 온도가 설정된 온도보다 낮은 경우에는 가열 램프(110)의 발광량을 높여 나간다.
습도 센서(600)는 정 챔버 내부의 습도를 측정한다. 습도 센서는 공정 챔버(200)의 기판 지지부(220) 내의 공간(S), 즉, 기판 지지부의 에지링(222)에 의해 지지되는 기판(W)과 기판 지지부(220)의 내부의 바닥면 사이의 공간(S)에서의 습도를 측정한다. 따라서 기판 지지부(220)의 내부의 바닥에서 파장을 집광하는 파이로미터(500)와, 에지링(222)에 의해 지지되는 기판 사이의 챔버 공간내의 습도를 측정한다. 습도 센서는 단수개 또는 복수개로 구비될 수 있다. 또한 파이로미터(500와 기판(W) 사이의 공간(S)의 습도를 측정하기 위하여, 공간(S)에 관통된 통로관을 통하여 도 4에 도시한 바와 같이 외부에 위치한 습도 센서(600)에서 습도를 측정할 수 있다. 이밖에 기판지지부(220)를 관통하여 공간(S)의 습도를 전달받는 위치에 습도 센서가 마련되어 습도를 측정할 수 있다.
일반적으로 파장은 도 2에 도시한 바와 같이 특정 파장 대역에 따라서 투과율이 달라진다. 특히, 5um ~ 7um 파장 대역의 경우는 파장 투과율이 '0'에 가깝기 때문에, 파이로미터에서 측정되는 파장의 크기가 달라진다. 예를 들어, 5um ~ 15um의 장파장을 측정하는 파이로미터인 경우, 습도에 따라서 5um ~ 7um 대역은 측정되지 않기 때문에 5um ~ 15um 파장 대역의 전체 측정량은 작아지게 된다.
본 발명의 실시예는 이러한 습도에 따른 온도 측정 오차를 개선하기 위하여 기판과 파이로미터 사이의 공간(S)의 습도를 측정하여 온도 보정을 함으로써, 정확한 측정이 이루어지도록 한다.
온도 보정 데이터베이스 설명에 앞서, 투과율 통과 파장 대역, 투과율 저지 파장 대역, 보정대상 파장 대역의 정의를 하기로 한다.
투과율 저지 파장 대역이라 함은 습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역을 말한다. 예를 들어, 제1임계치가 10%의 투과율이라고 하면, 습도에 의하여10% 이하의 투과율을 가지는 파장 대역을 말한다. 즉, '100' 세기의 파장이 기판에서 방사된다고 할 경우, 기판 주변의 습도에 의하여 '10' 이하의 세기의 파장으로 검출되는 파장 대역을 투과율 저지 파장 대역이라 할 수 있다. 참고로, 여기서 습도라 함은 100% 습도 환경으로 가정한다. 예를 들어, 100% 습도 환경에서 5um ~ 7um 파장 대역이 10% 투과율 이하인 경우 투과율 저지 파장 대역은 5um ~ 7um로 결정될 수 있다. 여기서 5um ~ 7um 파장 대역이라 함은 5um 파장보다 크며 7um 파장과 같거나 작은 대역을 말한다. 또한 5um ~ 7um 파장 대역이 10% 이상의 투과율을 가지지만, 5um ~ 6um 파장 대역이 10% 이하의 투과율을 가지는 경우 투과율 저지 파장 대역은 5um ~ 6um 파장 대역으로 결정될 수 있다.
또한 투과율 통과 파장 대역이라 함은 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역을 말한다. 예를 들어, 제2임계치가 90%의 투과율이라고 하면, 습도에 의하여 90% 이상의 투과율을 가지는 파장 대역을 말한다. 즉, '100' 세기의 파장이 기판에서 방사된다고 할 경우, 기판 주변의 습도에 의하여 '90' 이상의 세기의 파장으로 검출되는 파장 대역을 투과율 통과 파장 대역이라 할 수 있다. 예를 들어, 100% 습도 환경에서 7um ~ 15um 파장 대역이 90% 투과율 이상인 경우 투과율 통과 파장 대역은 7um ~ 15um로 결정될 수 있다. 여기서 7um ~ 15um 파장 대역이라 함은 7um 파장보다 크며 15um 파장과 같거나 작은 대역을 말한다.
또한 보정대상 파장 대역은 투과율 저지 파장 대역과 투과율 통과 파장 대역을 포함하는 대역을 말한다. 예를 들어, 투과율 저지 파장 대역이 5um ~ 7um이며, 투과율 통과 파장 대역이 7um ~ 15um인 경우, 보정대상 파장 대역은 5um ~ 15um 파장 대역을 말한다. 7um ~ 15um의 투과율 통과 파장 대역은 파장이 제2임계치(90%) 이상 투과되기 때문에 측정 온도값은 비교적 정확할 수 있지만, 5um ~ 7um의 투과율 저지 파장 대역을 통과하는 파장은 제1임계치(10%) 이하로 투과되기 때문에 측정 온도값은 오차가 생길 수 있다. 따라서 전체적인 5um ~ 15um의 파장을 가지고 온도를 측정할 때는 속해 있는 5um ~ 7um의 대역으로 인해 측정 오차가 생기게 된다. 따라서 5um ~ 15um의 파장 대역의 세기를 가지고 온도를 산출하는 경우, 보정을 필요로 하게 되기 때문에, 투과율 저지 파장 대역과 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 5um~ 15um 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 부르기로 한다.
온도 보정 데이터베이스(미도시)는, 습도별로 온도 보정값을 저장한 데이터베이스이다. 온도 보정 데이터베이스는 실험값에 의하여 결정될 수 있다. 온도 보정 데이터베이스는 기판에서 방사되는 보정대상 파장 대역의 세기를 변환한 온도를 보정대상 온도라 하고, 투과율 통과 파장 대역의 세기를 변환한 온도를 투과율 통과 온도라 할 때, 상기 투과율 통과 온도와 보정대상 온도 간의 차이값을 각 습도별로 온도 보정값으로 하여 온도 보정 데이터베이스에 저장한다.
온도 보정값 산출 과정을 도 5와 함께 설명한다. 일정한 온도를 유지하는 항온항습조와 같이 습도 조절이 가능한 공간 내에, 미리 설정한 기준 온도(예컨대 600℃)를 가지는 흑체(블랙바디)에서 파장을 방사하도록 한다(S510).
투과율 통과 파장 대역(예컨대, 7um ~ 15um)의 파장 세기를 검출하고, 검출한 투과율 통과 파장 대역의 파장 세기를 온도로 변환하여 투과율 통과 온도로서 산출한다(S520). 마찬가지로 보정대상 파장 대역(예컨대, 5um ~ 15um)의 파장 세기를 검출하고, 검출한 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 온도로 변환하여 보정대상 온도로 산출한다(S530). 그 후, 투과율 통과 온도와 보정대상 온도 간의 차이값을 각 습도별로 온도 보정값으로 산출한다(S540). 그리고, 습도를 달리하며 상기 투과율 통과 온도를 산출하는 과정, 보정대상 온도를 산출하는 과정, 온도 보정값으로 산출하는 과정을 반복하여 각 습도별로 온도 보정 데이터베이스에 저장한다(S550).
도 6을 참조하면, 기준 온도(600℃)를 가지는 흑체(블랙바디)에서 파장을 방사할 때, 투과율 통과 파장 대역(7um ~ 15um)에서 측정되어 변환된 투과율 통과 온도와 보정대상 파장 대역(5um ~ 15um)에서 측정되어 변환된 보정대상 온도를 각 습도별로 나타내었다. 투과율 통과 파장 대역(7um ~ 15um)의 경우는, 방사된 기준 온도(600℃)와 투과율 통과 파장 대역(7um ~ 15um)의 투과율 통과 온도는 습도가 변화한다 하더라도 차이가 발생하지 않음을 알 수 있다. 그러나 보정대상 파장 대역(5um ~ 15um)의 경우는, 방사된 기준 온도(600℃)와 보정대상 파장 대역(5um ~ 15um)의 보정대상 온도는 30% 습도 이상에서 점차적으로 차이가 벌어짐을 알 수 있다.
따라서 각 습도별로, 투과율 통과 파장 대역(7um ~ 15um)의 투과율 통과 온도와 보정대상 파장 대역(5um ~ 15um)의 보정대상 온도의 차이값을 온도 보정값으로서 온도 보정 데이터베이스에 저장하는 것이다. 즉, 특정 습도에서 측정되는 투과율 통과 온도에서 보정대상 온도를 뺀 값을 온도 보정값으로 하여, 해당 습도의 온도 보정값으로 저장하는 것이다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 습도 50%일때는 투과율 통과 온도가 기준 온도인 600℃이며, 보정대상 온도가 598.2로서, 투과율 통과 온도에서 보정대상 온도를 뺀 값이 1.8이 되고, 이러한 1.8의 값이 습도 50%에서의 온도 보정값으로 저장된다.
마찬가지로, 습도 70%일때는 투과율 통과 온도가 기준 온도인 600℃이며, 보정대상 온도가 596.2℃로서, 투과율 통과 온도에서 보정대상 온도를 뺀 값이 3.8이 되고, 이러한 3.8의 값이 습도 70%에서의 온도 보정값으로 저장된다.
파이로미터(500)는, 기판(W)에서 방사되는 파장(즉, 기판 자체에서 출광되는 파장 및 기판을 투과하는 파장)을 측정하여 온도로 산출하는 기능을 수행한다. 참고로, 파이로미터(500)는 파장을 측정하는 장치로서, 파이로미터(500)에는 광감지부(detector)와 광소스(light source)가 포함된다. 광감지부는 기판에서 방출되는 복사광과 광소스에서 기판에 조사되어 반사되어 나오는 반사광을 입력받아 광의 방출 세기(radiant intensity)와 복사율(emissivity)을 통하여 파장을 측정할 수 있다. 파이로미터에서 측정된 파장은 에너지로 변환 산출되는데, 파장을 에너지로 변환하는 것은 알려진 바와 같이 에너지를 E, 파장을 λ, h는 플랑크(planck) 상수, c는 광속이라 할 때, 에너지 E = (hc)/λ에 의해 변환 산출할 수 있다. 따라서 공정 챔버 내에서 열처리되는 기판에서 발생되는 파장을 측정하여 기판 측정 에너지로 변환 산출할 수 있다. 상기 식에서 에너지와 파장은 서로 반비례 관계를 가짐을 알 수 있다. 또한 참고로 플랑크(planck) 상수인 h의 값은 6.626*10-34[J/S]이며, 광속 상수인 c는 3*108 [m/s]의 값을 가진다.
파이로미터(500)는, 습도에 의해 투과율 영향을 임계치 이상으로 받는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 투과율 영향을 임계치 이하로 받는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역을 포함하는 파장대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 기판에서 방사되는 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 상기 습도 센서에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 보정하여 비접촉 온도를 산출한다.
파이로미터가 온도를 보정하여 검출하는 과정을 도 7과 함께 설명한다.
참고로, 파이로미터가 온도를 보정하는 과정을 가지기 이전에, 습도별로 온도 보정값을 저장한 온도 보정 데이터베이스를 생성한다(S710). 이러한 온도 보정 데이터베이스 생성 과정은 상기에서 도 5와 함께 상술하였으므로 생략한다.
파이로미터(500)는 기판에서 방사되는 파장 대역 중에서 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 보정대상 온도로 산출한다(S720). 파이로미터는 5um ~ 15um의 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하는데, 보정대상 파장 대역은 습도에 의해 투과율 저감되는 투과율 저지 파장 대역(예컨대, 5um ~ 7um)이 포함되어 있기 때문에 정확한 측정을 수행할 수 없다. 따라서 습도에 따른 보정이 이루어져야 하는데 이를 위하여, 파장 대역이 방사되는 영역인 기판 아래 부분, 즉, 기판 지지부의 에지링(222) 밑에 위치하는 내부 공간의 습도를 측정한다(S730).
측정된 습도에 대응하는 온도 보정값을 온도 보정 데이터베이스에서 추출한다(S740). 예를 들어, 측정된 습도가 70%인 경우에는 온도 보정값으로서 3.8이 데이터베이스에서 추출된다.
보정대상 온도에 추출한 온도 보정값을 더하는 보정을 수행하여 비접촉 온도로 최종 산출한다(S750). 예를 들어, 70% 습도 환경에서 측정된 보정대상 온도가 596.2℃인 경우, 70% 습도 환경에서의 온도 보정값인 3.8을 더하여 최종적인 비접촉 온도로서 산출한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:가열하우징 200:공정챔버
210:프로세스 키트 220:기판 지지부
230:베이스부 300:윈도우
400:가열제어기 500:파이로미터
600:습도 센서

Claims (8)

  1. 습도를 측정하는 습도 센서;
    습도별로 온도 보정값을 저장한 온도 보정 데이터베이스;
    습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 대상체에서 방사되는 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 상기 습도 센서에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도를 산출하는 파이로미터;
    를 포함하는 온도 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    방사되는 보정대상 파장 대역의 세기를 변환한 온도를 보정대상 온도라 하고, 상기 투과율 통과 파장 대역의 세기를 변환한 온도를 투과율 통과 온도라 할 때,
    상기 투과율 통과 온도와 보정대상 온도 간의 차이값을 각 습도별로 온도 보정값으로 하여 상기 데이터베이스에 저장함을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 투과율 저지 파장 대역은 100% 습도 환경에서 투과율이 10% 이하인 파장 대역이며, 상기 투과율 통과 파장 대역은 100% 습도 환경에서 투과율이 90% 이상인 파장 대역임을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 투과율 저지 파장 대역은 5um ~ 7um 파장 대역이며, 상기 투과율 통과 파장 대역은 7um ~ 15um의 파장 대역이고, 상기 보정대상 파장 대역은 5um ~ 15um 파장 대역임을 특징으로 하는 온도 검출 장치.
  5. 복수의 가열 램프를 내부에 수납한 가열 하우징;
    상기 가열 램프의 복사 에너지에 의하여 기판 처리가 이루어지는 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 마련되어 공정 챔버 내부의 습도를 측정하는 습도 센서;
    습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 기판에서 방사되는 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 산출한 보정대상 온도에, 상기 습도 센서에서 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도를 산출하는 파이로미터;
    상기 파이로미터에서 산출한 비접촉 온도를 이용하여 상기 가열 램프를 제어하는 가열 제어기;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 공정 챔버는, 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부의 둘레를 감싸며 기판 출입 게이트를 구비한 프로세스 키트;를 포함하며, 상기 습도 센서는 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판과 기판 아래에 위치하는 파이로미터 사이의 공간의 습도를 측정함을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 습도별로 온도 보정값을 저장한 온도 보정 데이터베이스를 생성하는 과정;
    습도에 의해 제1임계치 이하의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 저지 파장 대역과 습도에 의해 제2임계치 이상의 투과율을 가지는 파장 대역인 투과율 통과 파장 대역으로 이루어진 파장 대역을 보정대상 파장 대역이라 할 때, 대상체로부터 방사되는 파장 대역 중에서 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 측정하여 보정대상 온도를 산출하는 과정;
    상기 파장 대역이 방사되는 영역의 습도를 측정하는 과정;
    상기 측정되는 습도에 대응하는 온도 보정값을 상기 온도 보정 데이터베이스에서 추출하는 과정;
    상기 보정대상 온도에 상기 온도 보정값을 더하여 비접촉 온도로 산출하는 과정;
    을 포함하는 온도 검출 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 온도 보정 데이터베이스를 생성하는 과정은,
    방사되는 파장 대역 중에서 상기 투과율 통과 파장 대역의 파장 세기를 검출하여 변환한 투과율 통과 온도를 산출하는 과정;
    방사되는 파장 대역 중에서 상기 보정대상 파장 대역의 파장 세기를 검출하여 변환한 보정대상 온도를 산출하는 과정;
    상기 투과율 통과 온도와 보정대상 온도 간의 차이값을 온도 보정값으로 산출하는 과정;
    습도를 달리하며 상기 투과율 통과 온도를 산출하는 과정, 보정대상 온도를 산출하는 과정, 온도 보정값으로 산출하는 과정을 반복하여 각 습도별로 데이터베이스에 저장하는 과정;
    을 포함하는 온도 검출 방법.
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