KR101675136B1 - 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치 - Google Patents
급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치로서, 열처리 장치를 통한 급속 열처리 공정 수행 중 기판의 이탈이나 와블링(Wobbling)을 파악하기 위해 기판의 위치를 감지하는 장치와 쿼츠(Quartz) 윈도우 등의 오염 정도를 파악하기 위한 오염 측정 장치를 제시하고 이를 적용하여 급속 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치를 제시한다.
Description
본 발명은 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 열처리 장치를 통한 급속 열처리 공정 수행 중 기판의 이탈이나 와블링(Wobbling)을 파악하기 위해 기판의 위치를 감지하는 장치와 쿼츠(Quartz) 윈도우 등의 오염 정도를 파악하기 위한 오염 측정 장치를 제시하고 이를 적용하여 급속 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치를 제시한다.
웨이퍼(Wafer) 등의 기판의 열처리 장치는 급속 열처리(Rapid Thermal Anealing), 급속 열세정(Rapid Thermal Cleaning), 급속 열화학 증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition) 등의 기판의 열처리를 위한 장비로서, 200 내지 1200도로 기판을 급속 가열 및 냉각하는 공정을 수행하는 장치이다.
도 1은 일반적인 열처리 장치의 개략적인 구조를 도시하는데, 급속 열처리 장치의 공정 챔버(10)에는 챔버 내부 공간 상에서 웨이퍼 등의 기판을 안착시켜 기판을 회전 가능하게 지지하는 스테이지(11)와 공정 챔버의 상부에 마련되어 기판을 향해 열을 가하는 다수의 램프를 갖는 히팅수단(15)이 구비된다.
이러한 급속열처리 장치에는 기판이 안착되어야 하는 위치가 설정되어 있는데, 기판이 설정된 위치에서 조금이라도 벗어나는 경우, 열처리 공정 수행시 기판의 고속 회전으로 인해 기판에 와블링(Wobbling) 현상이 발생되며, 심한 경우 기판이 스테이지를 이탈하는 경우가 발생된다.
이와 같은 와블링(Wobbling) 현상은 기판 전체에 대한 열처리 공정의 균일도를 떨어뜨리며, 기판의 온도 불균일은 기판에 크랙을 유발시키고 제품 수율을 떨어뜨리는 문제가 된다.
특히, 기판의 국부적인 가열이나 기판의 스테이지 이탈로 인해 기판이 깨지는 경우, 그 파편은 챔버 내부 전체를 오염시켜 공정 자체를 중단시켜야 되는 상황이 발생되며, 이로 인한 챔버 클리닝에 따른 비용과 시간 소비 등은 막대한 경제적 손실로 이어지게 된다.
나아가서 상기 도 1에 명확하게 도시되진 않았으나, 히팅수단(15)과 기판이 안착되는 스테이지(11) 사이에는 쿼츠(Quartz) 윈도우가 설치되어 기판이 안착되는 공간을 다른 구성들과 차단시킨다.
이와 같이 쿼츠가 구비됨에 따라 쿼츠의 오염시, 히팅수단(15)으로부터 스테이지(11)에 안착된 기판으로 전달되는 복사 에너지의 손실을 발생시켜 적절한 가열 온도의 제어가 용이하지 않게 되며, 나아가서 쿼츠의 오염된 영역과 깨끗한 영역 간은 복사 에너지가 상이하게 전달되어 이로 인해 기판에 대한 열처리 공정이 균일하지 않게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 급속열처리 장치에서 기판이 안착되어야 할 위치를 벗어나는 경우 기판의 와블링(Wobbling) 현상으로 인해 기판 전체에 대한 열처리 공정의 균일도가 떨어지는 문제를 해결하고자 한다.
특히, 기판의 와블링 현상에 따른 온도 불균일로 인해 기판에 크랙이 유발되고 제품 수율이 떨어지는 문제를 해결하고자 한다.
나아가서, 기판의 국부적인 가열이나 기판의 스테이지 이탈로 인해 기판이 깨져 그 파편이 챔버 내부 전체를 오염시킴으로써 공정 자체를 중단시켜야 되는 문제를 해결하고, 기판 크랙에 따른 오염으로 인해 챔버 클리닝을 위한 비용과 시간 소비 등 막대한 경제적 손실이 발생되는 문제를 해결하고자 한다.
또한 히팅수단과 기판 사이에 구비되는 쿼츠(Quartz) 윈도우의 오염시, 히팅수단으로부터의 복사 에너지가 기판으로 적절히 전달되지 않는 문제와 이로 인해 열처리 공정의 균일도가 떨어지는 문제를 해결하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명에 따른 기판 위치 감지 장치는, 급속 열처리 공정(Rapid Thermal Process; RTP)을 수행하는 열처리 장치의 공정 챔버에 구비되되, 열처리 공정이 수행되는 기판이 안착되는 공간 외곽을 향해 광을 방출하는 발광부; 상기 발광부로부터 방출된 광을 수광하는 수광부; 및 상기 발광부에서 방출되는 광의 조사 면적과 상기 수광부에서 감지한 감지 면적을 대비하여 기판의 위치를 판단하는 기판 위치 판단부를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 발광부는, 기판이 안착되는 공간 외곽의 외측으로 광을 방출할 수 있다.
다른 일례로서, 상기 발광부는, 기판이 안착되는 공간 외곽의 내측과 외측을 포함하는 조사 면적을 갖는 광을 방출할 수 있다.
나아가서 상기 발광부는, 기판이 안착되는 공간 외곽을 따라 원주 방향으로 일정 간격씩 이격되어 복수개 배치되며, 상기 수광부는, 복수개의 상기 발광부 각각의 광 경로 상에 대응되어 복수개 배치될 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 오염 측정 장치는 상기의 기판 위치 감지 장치를 포함하되, 상기 발광부는, 열처리 공정이 수행되는 기판을 지지하며 회전시키는 스테이지와 상기 스테이지의 상부와 하부 둘 중 어느 하나 이상과 이격 거리를 두고 설치된 히팅 수단 사이에 배치된 쿼츠 윈도우를 관통하여 기판이 안착되는 공간 외곽의 외측으로 광을 방출하며, 상기 수광부가 감지한 광의 강도 또는 광량을 기초로 상기 쿼츠 윈도우의 오염을 판단하는 오염 판단부를 포함할 수 있다.
나아가서 본 발명에 따른 열처리 장치에는, 상기의 기판 위치 감지 장치 또는 상기의 오염 측정 장치 중 하나 이상이 구비될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 급속열처리 장치에서 기판이 안착되는 위치를 정확하게 파악함으로써 기판의 와블링 현상과 기판 이탈을 방지할 수 있게 된다.
특히, 열처리 공정 수행 중 기판의 정확한 위치를 지속적으로 감지함으로써 열처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 기판의 와블링 현상이나 이탈로 인한 기판의 크랙 또는 깨짐에 따른 챔버 내부의 오염을 방지할 수 있어 챔버 클리닝을 위한 비용 및 시간 소모를 절감할 수 있게 된다.
나아가서 히팅수단과 기판 사이에 구비되는 쿼츠(Quartz) 윈도우의 오염 정도를 파악함으로써, 쿼츠 윈도우의 오염에 따른 히팅수단으로부터 기판에 전달되는 복사 에너지의 불균일을 해소할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 열처리 장치의 개략적인 구조를 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예의 동작 원리를 도시하며,
도 4는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예의 동작 원리를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예의 동작 원리를 도시하며,
도 8은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 제1 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 9는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치의 동작 원리를 도시하며,
도 10은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 제2 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예의 동작 원리를 도시하며,
도 4는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예의 동작 원리를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예의 동작 원리를 도시하며,
도 8은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 제1 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하며,
도 9는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치의 동작 원리를 도시하며,
도 10은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 제2 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은, 열처리 장치를 통한 급속 열처리 공정 수행 중 기판(웨이퍼(wafer)를 포함함. 이하 같다)의 이탈이나 와블링(Wobbling)을 파악하기 위해 기판의 위치를 감지하는 장치와 쿼츠(Quartz) 등의 오염 정도를 파악하기 위한 오염 측정 장치를 제시하고 이를 적용하여 급속 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치를 제시한다.
도 2는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시한다.
본 발명이 적용되는 열처리 장치(100)는, 급속 열처리(Rapid Thermal Anealing), 급속 열세정(Rapid Thermal Cleaning), 급속 열화학 증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition) 등의 기판 열처리를 수행하는 공정 챔버를 포함하며, 공정 챔버 상에는 열처리 공정이 수행되는 웨이퍼 등의 기판을 고속 회전 가능하게 안착시키는 스테이지(110)가 구비된다.
그리고 공정 챔버의 상부와 하부에는 공정 챔버의 내부 상에 위치되는 기판을 급속 가열시키기 위한 히팅 수단(120, 130)이 설치되는데, 이때 히팅 수단은 필요에 따라 공정 챔버의 상부에만 설치될 수도 있다.
여기서 히팅 수단(120, 130)은 기판을 급속하게 고온으로 상승시킬 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있는데, 일례로서 복사열을 통해 기판을 가열시키는 램프가 적용될 수 있으며, 램프로는 할로겐 램프 또는 자외선 램프(UV-lamp) 등 요구되는 온도에 따라 다양한 램프가 선택될 수 있다.
또한 공정 챔버의 기판이 안착되는 내부 공간을 다른 구성들과 차단하여 오염을 방지하면서 히팅 수단(120, 130)으로부터의 복사열이 기판으로 원활하게 전달될 수 있도록 복사열이 관통되는 윈도우 부재로서 쿼츠(Quartz)(125, 135)가 상부 히팅 수단(120)과 하부 히팅 수단(130) 각각에 설치될 수 있다.
그리고 본 발명에서는 열처리 공정이 수행되는 기판이 스테이지(110) 상의 설정된 위치에서 적절히 유지되는지를 모니터링하기 위한 기판 위치 감지 장치가 설치되는데, 기판 위치 감지 장치는 개략적으로 발광부(150), 수광부(160), 기판 위치 판단부(180)를 포함할 수 있다.
상기 도 2의 본 발명에 따른 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예에서 발광부(150)는 상부 히팅수단(120)의 램프 뒤편에 설치되어 공정 챔버의 내부 공간을 향해 광을 방출하는데, 이때 발광부(150)는 열처리 공정이 수행되는 기판이 안착되는 공간 외곽의 외측을 향해 기판(50)과 수직한 방향으로 광(170)을 방출한다. 발광부(150)에서 방출되는 광은 열처리 공정에 영향을 미치지 않은 범위에서 다양한 파장대역의 광이 선택될 수 있는데, 일례로서 발광부(150)에서 레이저를 방출할 수 있다.
그리고 발광부(150)에 대응되어 수광부(160)가 하부 히팅수단(130)의 램프 뒤편에 설치되어 발광부(150)로부터 방출된 광을 수광한다.
발광부(150)와 수광부(160)는 기판 위치 판단부(180)에 의해 제어되는데, 기판 위치 판단부(180)에 의해 발광부(150)에서 방출되는 광의 조사 면적이 조정되고, 기판 위치 판단부(180)는 수광부(160)에서 감지한 감지 면적을 상기 조사 면적과 대비하여 기판(50)의 위치를 판단한다.
이를 위해 기판 위치 판단부(180)는, 연산처리를 수행하는 프로세서와 메모리 등을 구비할 수 있으며, 이와 같은 구성이 열처리 장치(100) 자체 내부에 구비될 수도 있고 또는 별개로 분리된 PC 등의 개별 장치로 설치될 수도 있다.
나아가서 기판 위치 판단부(180)는 열처리 장치(100)의 제어부와 연동하여 기판(50)이 적정 위치를 벗어나 그 정도가 기준치를 초과하는 경우, 열처리 장치(100)의 열처리 공정에 대한 경고 알람을 관리자에게 제공하거나 열처리 공정 자체를 중단시킬 수 있다.
상기 도 2의 본 발명에 따른 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예에서는, 챔버 상부에 발광부(150)가 배치되어 발광부(150)가 챔버의 내부 공간 하부를 향해 광을 방출하고, 이에 대응되어 챔버 하부에 수광부(160)가 배치되는 것으로 설명하였으나, 이와 반대로 챔버 하부에 발광부가 설치되어 챔버의 내부 공간 상부를 향해 광을 방출하고, 이에 대응되어 챔버 상부에 수광부가 배치될 수도 있다.
나아가서 발광부는 기판이 안착되는 공간 외곽을 따라 원주 방향으로 일정 간격씩 이격되어 복수개 배치될 수 있고, 복수개의 발광부에 대응되어 수광부도 기판이 안착되는 공간 외곽을 따라 원주 방향으로 일정 간격씩 이격되어 복수개 배치될 수 있다.
한걸음 더 나아가서 본 발명에서 기판 위치 감지 장치가 적용되는 열처리 장치는 상기 도 2에 도시된 구조의 열처리 장치 외에도 급속 열처리(Rapid Thermal Anealing), 급속 열세정(Rapid Thermal Cleaning), 급속 열화학 증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition) 등의 기판의 열처리를 위한 다양한 장비에 적용될 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예의 동작 원리를 살펴보면, 상기 도 3의 (a)와 같이 발광부(150)는 기판(50)의 외곽 외측을 향해 기판(50)과 수직한 방향으로 광(170)을 방출하며, 광(170) 경로 상에 수광부(160)가 배치되어 발광부(150)로부터 방출된 광(170)을 수광한다.
기판(50)이 스테이지 상의 적정 위치에 안착된 경우, 열처리 공정 수행 중에 발광부(150)의 광(170)을 지속적으로 수광부(160)는 수광하며, 수광부(160)가 감지하는 광(170)의 강도는 일정하게 유지된다. 그러나 기판(50)이 스테이지 상의 적정 위치를 벗어나 안착된 경우, 열처리 공정 수행 중 발광부(150)에서 방출된 광(170)을 수광부(160)는 일정하게 수광하지 않게 되며, 이를 통해 기판 위치 판단부(180)는 기판(50)의 위치를 감지하게 된다.
본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예를 통해 기판의 위치를 감지하는 과정과 관련하여, 상기 도 3의 (b)와 같이 기판이 스테이지 상의 적정 위치(50)에서 벗어나 이탈 위치(55)에 안착된 경우, 열처리 공정 수행에 따라 기판이 회전하면 A 지점은 적정 위치(50)의 범위를 벗어나 큰 반경으로 회전을 하게 되며, A 지점이 발광부(150)와 수광부(160) 사이를 통과하는 위치에서 상기 도 3의 (c)와 같이 발광부(150)에서 방출된 광(170)이 기판에 가려져 그 일부 또는 전부가 수광부(160)까지 전달되지 않게 된다.
따라서 기판 위치 판단부(180)는 광의 조사 면적과 광의 감지 면적 간의 차이 또는 광의 강도 변화를 통해 기판이 적정 위치로부터 어느 정도 벗어났는지를 감지할 수 있다.
예를 들어 기판이 적정 위치에서 벗어나 회전하는 경우, 상기 도 3의 (d)와 같이 기판의 회전 주기 T마다 발광부(150)에서 방출된 주사 광의 광 강도와 수광부(160)에서 감지하는 감지 광의 광 강도가 상이하게 되며, 광 강도의 크기를 통해 기판의 이탈 정도를 파악할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시한다.
상기 도 4의 제2 실시예에서 열처리 장치의 기본적 구성은 앞서 살펴본 상기 도 2의 제1 실시예를 통해 설명한 열처리 장치와 유사하므로 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 도 4의 제2 실시예에서도, 발광부(250)가 광(270)을 방출하고 이에 대응되어 수광부(260)가 광(270)을 수광하여, 이를 기초로 기판 위치 판단부(280)가 기판(50)의 위치를 감지하는데, 여기서 상부 히팅수단(220)의 램프 뒤편에 설치된 발광부(250)는 열처리 공정이 수행되는 기판이 안착되는 공간 외곽의 내측 일부와 외측 일부를 포함하는 조사 면적을 갖는 광(271)을 방출한다.
그리고 발광부(250)에서 방출된 광(270)의 광 경로 상에 발광부(250)에 대응되어 수광부(260)가 하부 히팅수단(230)의 램프 뒤편에 설치되어 광을 수광하는데, 이때 상기 조사 면적의 일부가 기판(50) 외곽에 가려져 발광부(250)에서 방출된 광(270)의 일부 광(275)만 수광부(260)가 수광하게 된다.
기판 위치 판단부(280)는 발광부(250)에서 방출되는 광(271)의 조사 면적을 설정하고 그에 따라 수광부(260)에 수광되는 광(275)의 감지 면적을 사전에 파악할 수 있다. 따라서 기판 위치 판단부(280)는 설정된 조사 면적에 따라 파악된 감지 면적과 실제 측정된 감지 면적의 변화로 기판(50)의 위치를 판단할 수 있다.
도 5를 참조하여 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예의 동작 원리를 살펴보면, 상기 도 5의 (a)와 같이 발광부(250)는 기판(50)의 외곽 외측 일부와 외곽 내측 일부를 포함하는 조사 면적을 갖는 광(271)을 기판(50)과 수직한 방향으로 방출하며, 발광부(250)에서 방출된 광(271)의 일부는 기판(50)에 가려져 광(270) 경로 상에 배치된 수광부(260)는 발광부(250)로부터 방출된 광(271)의 일부 광(275)만 수광하게 된다.
만약, 기판(50)이 스테이지 상의 적정 위치에 안착된 경우, 열처리 공정 수행 중 발광부(250)에서 방출된 광(271) 중 일정한 광(275)을 지속적으로 수광부(260)는 수광하며, 수광부(260)가 감지하는 광(275)의 강도는 일정하게 유지된다. 그러나 기판(50)이 스테이지 상의 적정 위치를 벗어나 안착된 경우, 열처리 공정 수행 중 수광부(260)에서 수광되는 광이 일정하지 않고 변화하게 되며, 이를 통해 기판 위치 판단부(280)는 기판(50)의 위치를 감지하게 된다.
본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예를 통해 기판의 위치를 감지하는 과정과 관련하여, 상기 도 5의 (b)와 같이 기판이 스테이지 상의 적정 위치(50)에서 벗어나 이탈 위치(55)에 안착된 경우, 열처리 공정 수행에 따라 기판이 회전하면 A 지점은 적정 위치(50)의 범위를 벗어나 큰 반경으로 회전을 하게 되며, B 지점은 적정 위치(50)의 범위 내부에서 작은 반경으로 회전을 하게 된다. 따라서 A 지점이 발광부(250)와 수광부(260) 사이를 통과하는 위치에서 상기 도 5의 (c)와 같이 수광부(260)에서 수광하는 광(270)이 적어지거나 없어지게 되고, B 지점이 발광부(250)와 수광부(260) 사이를 통과하는 위치에서는 상기 도 5의 (d)와 같이 수광부(260)에서 수광하는 광(270)이 더 많아지거나 발광부(250)로부터의 광을 모두 수광하게 된다.
따라서 기판 위치 판단부(280)는 사전에 설정된 광의 조사 면적에 따라 파악되는 광의 감지 면적과 실제 측정된 광의 감지 면적 간의 차이 또는 광의 강도 변화를 통해 기판이 적정 위치로부터 어느 정도 벗어났는지를 감지할 수 있으며, 특히 상기 도 4의 제2 실시예의 경우 조사 면적이 기판의 외곽 내측으로부터 외측까지 연장되어 기판의 외곽 일부가 조사 면적 내에 포함되기에 기판의 미세 위치 이동까지 파악할 수 있게 된다.
가령 기판이 적정 위치에서 벗어나 회전하는 경우, 상기 도 5의 (e)와 같이 기판의 회전 주기 T 동안 A 지점에서 감지하는 감지 광의 광 강도가 현저히 낮아지고 B 지점에서 감지하는 감지 광의 강도가 현저히 높아져, 광 강도의 크기를 통해 기판의 이탈 정도를 보다 정확하게 파악할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시한다.
상기 도 6의 제3 실시예에서 열처리 장치의 기본적 구성도 앞서 살펴본 상기 도 2의 제1 실시예를 통해 설명한 열처리 장치와 유사하므로 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 도 6의 제3 실시예에서는, 상부 히팅수단(320)의 램프 뒤편에 설치된 발광부(350)는 열처리 공정이 수행되는 기판이 안착되는 공간 외곽의 내측으로 광(370)을 방출하며, 발광부(350)에서 방출되는 광(370)은 기판(50)의 외곽에 가려져 수광부(360)까지 전달되지 않기에 수광부(360)에 광이 수광되지 않게 된다.
그리고 기판 위치 판단부(380)는 발광부(350)에서 방출되는 광(370)의 조사 면적을 설정하고 상기 조사 면적과 수광부(360)에 수광되는 광(370)의 감지 면적을 대비하여 감지 면적의 변화에 따라 기판(50)의 위치를 판단할 수 있는데, 즉 발광부(350)에서 방출되는 광(370)의 일부라도 수광부(360)에서 수광되는 경우 기판이 적정 위치를 벗어난 것으로 판단할 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예의 동작 원리를 살펴보면, 상기 도 7의 (a)와 같이 발광부(350)는 기판(50)의 외곽 내측을 향해 광(370)을 기판(50)과 수직한 방향으로 방출하며, 발광부(350)에서 방출된 광(370)은 기판(50)에 가려져 광(370) 경로 상에 배치된 수광부(360)는 발광부(350)로부터 방출된 광(370)이 수광되지 않는다.
만약, 기판(50)이 스테이지 상의 적정 위치에 안착된 경우, 열처리 공정 수행 중 발광부(350)에서 방출된 광(370)은 수광부(360)에서 수광되지 않으나, 기판(50)이 스테이지 상의 적정 위치를 벗어나 안착된 경우, 열처리 공정 수행 중 발광부(350)로부터의 광(370)이 수광부(360)에 수광되며, 이를 통해 기판 위치 판단부(380)는 기판(50)의 위치를 감지하게 된다.
본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치에 대한 제3 실시예를 통해 기판의 위치를 감지하는 과정과 관련하여, 상기 도 7의 (b)와 같이 기판이 스테이지 상의 적정 위치(50)에서 벗어나 이탈 위치(55)에 안착된 경우, 열처리 공정 수행에 따라 기판이 회전하면 A 지점은 적정 위치(50)의 범위 이내에서 작은 반경으로 회전을 하게 된다. 그러므로 A 지점이 발광부(350)와 수광부(360) 사이를 통과하는 위치에서 상기 도 7의 (c)와 같이 발광부(350)에서 방출된 광(370)이 수광부(360)에서 수광된다.
따라서 기판 위치 판단부(380)는, 기판이 적정 위치에 안착된 경우 수광부(360)에서 광이 수광되지 않게 되므로, 수광부(360)에서 광의 수광 여부와 감지 면적의 크기 또는 광의 강도 정도를 통해 기판이 적정 위치로부터 어느 정도 벗어났는지를 감지할 수 있다.
가령 기판이 적정 위치에서 벗어나 회전하는 경우, 상기 도 7의 (d)와 같이 기판의 회전 주기 T 동안 광의 강도가 측정되지 않다가 A 지점에서 감지하는 감지 광의 광 강도가 현저히 높아져, 광 강도의 크기를 통해 기판의 이탈 정도를 파악할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치를 통해 급속열처리 장치에서 기판이 안착되는 위치를 정확하게 파악함으로써 기판의 와블링 현상과 기판 이탈을 방지할 수 있게 된다.
특히, 열처리 공중 수행 중 기판의 정확한 위치를 지속적으로 감지함으로써 열처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 기판의 와블링 현상이나 이탈로 인한 기판의 크랙 또는 깨짐에 따른 챔버 내부의 오염을 방지할 수 있어 챔버 클리닝을 위한 비용 및 시간 소모를 절감할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치를 제시하는데, 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 기본적인 구성은 앞서 살펴본 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 유사하며, 그렇기에 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치가 공통적인 구성을 통해 이루어질 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 제1 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시한다.
상기 도 8은 상기 도 2의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예를 적용하는 경우로서, 공정 챔버 상에는 열처리 공정이 수행되는 기판을 고속 회전 가능하게 안착시키는 스테이지(410)가 구비되고, 공정 챔버의 상부와 하부에는 공정 챔버의 내부 상에 위치되는 기판(50)을 급속 가열시키기 위한 히팅 수단(420, 430)이 설치된다.
그리고 공정 챔버의 기판이 안착되는 내부 공간을 다른 구성들과 차단하여 오염을 방지하면서 히팅 수단(420, 430)으로부터의 복사열이 기판으로 원활하게 전달될 수 있도록 복사열이 관통되는 윈도우 부재로서 쿼츠(Quartz)(425, 435)가 상부 히팅 수단(420)과 하부 히팅 수단(430) 각각에 설치된다.
기판(50)의 열처리 공정 수행에 따라 각종 부산물들이 오염 물질로서 유발되고, 이는 쿼츠(425, 435)나 챔버 벽면을 오염시킨다.
챔버 벽면의 경우 열처리 공정에 어느 정도의 영향을 미치기는 하나 오염 정도가 심하지 않을 경우 그 영향이 다소 미미하지만 쿼츠(425, 435)의 오염은 히팅 수단(420,430)으로부터의 복사 에너지를 차단하게 되어 열처리 공정의 온도 조절을 방해하는 요인으로 작용한다.
따라서 본 발명에서는 쿼츠(425, 435)의 오염 여부를 파악하기 위한 오염 측정 장치가 열처리 장치에 구비되게 된다.
본 발명에 따른 오염 측정 장치는 개략적으로 발광부(450), 수광부(460), 오염 판단부(480)를 포함할 수 있으며, 여기서 오염 판단부(480)는 앞서 살펴본 기판 위치 감지 장치의 기판 위치 판단부와 하나의 결합된 구성으로 구비될 수도 있다.
상기 도 8의 본 발명에 따른 오염 측정 장치에 대한 제1 실시예는 상기 도 2의 기판 위치 감지 장치에 대한 제1 실시예와 마찬가지로 발광부(450)가 상부 히팅수단(420)의 램프 뒤편에 설치되어 공정 챔버의 내부 공간을 향해 광을 방출하며, 발광부(450)에 대응되어 수광부(460)가 하부 히팅수단(430)의 램프 뒤편에 설치되어 발광부(450)로부터 방출된 광을 수광한다.
발광부(450)와 수광부(460)는 오염 판단부(480)에 의해 제어되는데, 오염 판단부(480)에 의해 발광부(150)에서 방출되는 광의 강도, 광량 등이 조정되며, 오염 판단부(480)는 수광부(460)에서 감지한 광의 강도, 광량 등의 측정치를 기초로 쿼츠(425, 435)의 오염 정도를 판단한다.
도 9를 참조하여 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치의 동작 원리를 살펴보면, 발광부(450)에서 방출되는 광은 쿼츠(425)를 통과하는데, 이때 쿼츠(425) 표면에 오염 물질(70)이 존재하는 경우, 오염 물질(70)로 인해 광은 쿼츠(425)를 그대로 통과하지 못하고 산란, 반사, 굴절 등이 발생된다.
이로 인해 수광부(460)에 수광되는 광에는 손실이 발생되며, 오염 판단부(480)는 발광부(450)에서 방출되는 광의 강도나 광량 등과 수광부(460)에서 수광되는 광의 강도나 광량 등의 변화를 측정하여 쿼츠(425)의 오염 여부를 판단할 수 있다.
나아가서 오염 판단부(490)는 쿼츠(425, 435)가 오염된 것으로 판단되는 경우 이를 관리자에게 경고 알람으로 제공할 수도 있고 열처리 장치(500)의 제어부와 연동하여 오염 정도가 기준치를 초과하는 경우 열처리 장치(500)의 열처리 공정 자체를 중단시킬 수도 있다.
도 10은 본 발명에 따른 급속 열처리 공정의 오염 측정 장치에 대한 제2 실시예를 구비한 열처리 장치를 도시하는데, 상기 도 10은 상기 도 4의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예를 적용하는 경우로서, 기본적인 구성은 상기 도 4의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 상기 도 10의 오염 측정 장치에 대한 제2 실시예도 앞서 살펴본 상기 도 8의 오염 측정 장치에 대한 제2 실시예와 마찬가지로 오염 판단부(580)가 발광부(550)에서 방출되는 광의 강도나 광량 등을 조정한 상태에서 수광부(560)에 수광되는 광의 강도나 광량 등을 기초로 쿼츠(525, 535)의 오염을 판단하게 된다. 이때 앞서 상기 도 4의 기판 위치 감지 장치에 대한 제2 실시예에서 설명한 바와 같이 발광부(550)에서 방출된 광의 일부는 기판(50)의 외곽 내측 일부에 의해 차단되어 수광부(560)에서 광의 일부만을 수광하므로, 이를 고려하여 광의 강도와 광량에 따른 기준치가 결정될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 오염 측정 장치를 열처리 장치에 적용함으로써 히팅수단과 기판 사이에 구비되는 쿼츠(Quartz) 윈도우의 오염 정도를 용이하게 파악할 수 있으며, 이를 통해 쿼츠 윈도우의 오염에 따른 히팅수단으로부터 기판에 전달되는 복사 에너지의 불균일을 해소할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
50 : 기판,
100, 200, 300, 400, 500 : 열처리 장치,
110, 210, 310, 410, 510 : 스테이지,
120, 220, 320, 420, 520 : 상부 히팅수단,
130, 230, 330, 430, 530 : 하부 히팅수단,
125, 135, 225, 235, 325, 335, 425, 435, 525, 535 : 쿼츠,
150, 250, 350, 450, 550 : 발광부,
160, 260, 360, 460, 560 : 수광부,
180, 280, 380 : 기판 위치 판단부,
480, 580 : 오염 판단부.
100, 200, 300, 400, 500 : 열처리 장치,
110, 210, 310, 410, 510 : 스테이지,
120, 220, 320, 420, 520 : 상부 히팅수단,
130, 230, 330, 430, 530 : 하부 히팅수단,
125, 135, 225, 235, 325, 335, 425, 435, 525, 535 : 쿼츠,
150, 250, 350, 450, 550 : 발광부,
160, 260, 360, 460, 560 : 수광부,
180, 280, 380 : 기판 위치 판단부,
480, 580 : 오염 판단부.
Claims (6)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 급속 열처리 공정을 수행하는 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내부 공간상에 구비되어 기판을 회전 가능하게 지지하는 스테이지;
상기 스테이지의 상부 또는 상부와 하부에 구비되어 상기 기판에 열을 가하는 히팅수단;
상기 히팅수단과 상기 기판 사이에 구비되되, 상기 히팅수단 및 상기 기판과 이격 배치되어 상기 히팅수단으로 발산된 복사열을 상기 기판으로 전달하는 쿼츠 윈도우;
상기 히팅수단의 외측으로 상기 공정 챔버의 내측 상부 또는 하부에 한 개 또는 복수 개가 원주방향으로 일정 간격씩 이격 설치되어 상기 기판이 안착되는 공간 외곽의 외측 또는 내측과 외측을 포함하는 조사 면적을 갖도록 광을 조사하는 발광부;
상기 발광부와 대향하도록 상기 공정 챔버의 내측 하부 또는 상부에 한 개 또는 복수 개가 설치되되, 상기 발광부로부터 상기 쿼츠 윈도우를 투과하여 유입되는 광을 수광하는 수광부;
상기 발광부에서 방출되는 광의 조사 면적과, 상기 수광부에서 감지한 감지 면적을 대비하여 상기 스테이지에 안착된 상기 기판의 위치를 판단하는 기판 위치 판단부; 및
상기 발광부로부터 상기 쿼츠 윈도우를 투과하여 상기 수광부를 통해 감지된 강도 또는 광량을 기초로 하여 상기 쿼츠 윈도우의 오염 정도를 판단하는 오염 판단부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020150134979A KR101675136B1 (ko) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020150134979A KR101675136B1 (ko) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR101675136B1 true KR101675136B1 (ko) | 2016-11-10 |
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ID=57484469
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| KR1020150134979A KR101675136B1 (ko) | 2015-09-23 | 2015-09-23 | 급속 열처리 공정의 기판 위치 감지 장치와 오염 측정 장치 및 이를 구비한 열처리 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101675136B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024101902A1 (ko) * | 2022-11-10 | 2024-05-16 | 윤중호 | 다중 파장 레이저를 이용한 반도체용 쿼츠 투과율 분석 장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH1154595A (ja) * | 1997-08-07 | 1999-02-26 | Olympus Optical Co Ltd | 基板中心位置検出装置及び方法 |
| KR100709036B1 (ko) * | 2005-11-18 | 2007-04-18 | 코닉시스템 주식회사 | 챔버 윈도우 오염 검출장치를 구비하는 레이저 열처리 장치 |
| KR20100018584A (ko) * | 2007-07-03 | 2010-02-17 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 |
-
2015
- 2015-09-23 KR KR1020150134979A patent/KR101675136B1/ko active IP Right Grant
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