KR101699341B1 - 확장된 온도의 고온계를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

확장된 온도의 고온계를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는, 저온을 포함하여 확장된 온도 범위에 걸쳐 기판을 급속 열적 프로세싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 투과 복사선 검출기 시스템을 채용하는 확장된 온도 고온계 시스템을 이용하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 투과 복사선 검출기 시스템 및 방출 복사선 검출기 시스템을 결합한 시스템이 또한 개시된다.

Description

확장된 온도의 고온계를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EXTENDED TEMPERATURE PYROMETRY}
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼의 프로세싱에서 사용될 수 있는 확장된 온도의 고온계에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 급속 열처리(RTP) 및 RTP에서 이용되는 저온을 포함한 확장된 온도의 고온계 기술에 관한 것이다.
급속 열처리(RTP)는, 무엇보다도 어닐링, 도펀트 활성화, 산화, 및 질화를 포함하는 몇 가지 타입의 열적 프로세스에 적용되는 용어이다. 통상적으로, 전술한 프로세스들은 약 1000 ℃ 보다 높은 비교적 고온에서 실시된다. 이는, 전구체 또는 에칭 가스 존재하에서의 에칭 및 화학적 기상 증착에 추가적으로 적용될 수 있다. 후자의 프로세스는 500 ℃ 내지 800 ℃의 다소 낮은 온도에서 RTP 챔버 내에서 통상적으로 실시된다. 통상적으로, RTP는 램프헤드에 피팅되고 그리고 프로세싱될 기판으로 지향되는 고휘도 백열 램프의 어레이(array)에 의존한다. 램프들은 전기로 작동되고 그리고 매우 신속하게 턴 온 및 턴 오프될 수 있으며 램프들의 복사선의 상당한(substantial) 부분이 기판으로 지향될 수 있다. 결과적으로, 챔버의 실질적인 가열이 없이 웨이퍼가 매우 신속하게 가열될 수 있고 그 후에 일단 파워가 램프로부터 제거되면 거의 같은 속도로 신속하게 냉각될 수 있다. 그에 따라, 소정 온도에서의 프로세싱 시간은 보다 엄밀하게 제어될 수 있고 전체적인 열적 부담(thermal budget)이 감소될 수 있다. 또한, 전체적인 프로세싱 시간이 감소될 수 있고, 그에 따라 생산량이 증가한다.
도 1은 Ranish 등의 미국 특허 번호 제6,376,804호에 설명되는 RTP 반응기(10)의 횡단면을 개략적으로 도시하고, 일반적으로, 미국 캘리포니아주 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 래디언스 RTP 반응기를 나타낸다. 반응기(10)는 프로세싱 챔버(12), 챔버(12) 내에 위치되는 웨이퍼 지지부(14), 및 챔버(12)의 상부에 위치된 램프헤드(16) 또는 열 공급원 조립체를 포함하고, 상기 모든 구성요소들은 일반적으로 중심 축선(18)을 중심으로 대칭적으로 배열된다.
프로세싱 챔버는 메인 본체(20) 및 상기 메인 본체(20) 상에 놓인 윈도우(22)를 포함한다. 윈도우(22)는 적외선에 투명한 물질, 예를 들어, 투명한 융합 실리카 석영으로 제조된다.
메인 본체(20)는 스테인리스 스틸로 제조되고 그리고 석영(도시하지 않음)으로 라이닝될 수 있다. 환형 채널(24)이 메인 본체(20)의 바닥에 근접하여 형성된다. 웨이퍼 지지부(14)는 채널(24) 내에 위치된 회전가능한 자석 회전자(26)를 포함한다. 석영 튜브형 상승부(riser; 28)가 자석 회전자(26) 상에 놓이거나 또는 그렇지 않으면 자석 회전자에 커플링되고, 그리고 실리콘-코팅된 실리콘 탄화물, 불투명한 실리콘 탄화물 또는 그라파이트로 이루어질 수 있는 엣지 링으로서 도시된 지지 부재(30)가 상기 상승부(28) 상에 놓인다. 프로세싱 동안에, 웨이퍼(32) 또는 다른 기판이 엣지 링(30) 상에 놓인다. 회전가능한 자석 고정자(34)가 자석 회전자(24)와 축방향으로 정렬된 위치에서 메인 본체(20)의 외부에 위치되고 그리고 메인 본체(20)를 통해서 그것에 자기적으로 커플링된다. 도시되지 않은 모터가 자석 고정자(34)를 중심 축선(18)을 중심으로 회전시키고 그에 따라 자기적으로 커플링된 회전자(26)를 회전시키고 따라서 엣지 링(28) 및 지지된 웨이퍼(30)를 회전시킨다. 3개 또는 4개의 승강 핀(36)이 메인 본체(20)의 바닥 벽을 형성하는 반사부 플레이트(38)에 슬라이딩이 가능하게 실링된다(slidably sealed). 도시되지 않은 기구가 모든 승강 핀(36)을 상승 및 하강시켜 웨이퍼(22)와 선택적으로 결합(engage)시키며, 그에 따라 웨이퍼를 엣지 링(30)으로 그리고 엣지 링(30)으로부터 하강 및 상승시키고, 도시되지 않은 패들(paddle)로 그리고 패들로부터 하강 및 상승시키고, 이 패들은 챔버(12)의 안과 밖으로 웨이퍼(22)를 이송하기 위해서 이용된다.
석영 윈도우(22)는 메인 본체(20)의 상부 엣지 상에 놓이고, 그리고 윈도우(22)와 메인 본체(20) 사이에 위치된 O-링(40)은 그들 사이에 기밀(氣密) 시일을 제공한다. 램프헤드(16)는 윈도우(22)의 위에 놓인다. 윈도우(22)와 램프헤드(16) 사이에 위치되는 다른 제 2의 O-링(42)이 그들 사이에 기밀 시일을 제공한다. 그에 따라, O-링(40, 42)과 결합된 클램프(44)가 램프헤드(16)를 메인 본체(20)에 대해서 실링한다.
램프헤드(16)는, 전기 소켓(48)에 의해서 지지되고 그리고 전기 소켓(48)을 통해서 전기로 작동되는 다수의 램프(46)를 포함한다. 이들은 또한 복사 열 공급원이라고도 지칭한다. 바람직하게, 램프(46)는 텅스텐 할로겐 전구와 같이 적외선을 강하게 방출하는 고휘도 백열 램프이고, 이 텅스텐 할로겐 전구는, 브롬과 같은 할로겐 가스를 함유하는 가스로 충진되고 석영 전구를 세정(clean)하기 위해서 비활성 가스로 희석되는 석영 전구 내부에 텅스텐 필라멘트를 구비한다. 각 전구는 비교적 다공성인 세라믹 병입(potting) 컴파운드(50)로 병입된다. 램프(46)는 반사부 본체(54) 내에 형성된 수직 지향 원통형 램프 홀(52) 내부에 위치된다. 반사부 본체(54)의 램프 홀(52)의 개방 단부는 램프(46)가 윈도우(22)와 분리된 상태에서 윈도우(22)에 인접하여 위치된다.
액체 냉각 채널(56)이 반사부 본체(54) 내에 형성되어 각각의 램프 홀(52)을 둘러싼다. 유입구(60)를 통해서 냉각 채널(56) 내로 도입되고 배출구(62)에서 배출되는 물과 같은 냉각제가 반응기 본체(54)를 냉각시키고, 램프 홀(52)에 인접한 흐름이 램프(46)를 냉각시킨다.
7개 또는 그보다 많은 고온계(70)와 같은 열 센서들이 사파이어 로드(rods)와 같은 광 파이프(72)에 의해서 각 개구(74)에 광학적으로 커플링되며, 상기 개구들은 반사부 플레이트(38)를 통해서 형성되고 그리고 반사부 플레이트(38)의 반경에 걸쳐 배치되고 이격된다. 통상적으로, 강성의 사파이어 광 파이프(72) 및 고온계가 메인 본체(20) 내에서 지지되나, 중간의 가요성 광섬유 또는 도파관이 존재할 수도 있다. Peuse 등에 의한 미국 특허 번호 제5,755,511 호에 기재된 바와 같이, 고온계(70)가 웨이퍼(30) 및 엣지 링(30)의 하부 표면의 다른 반경 부분의 온도 또는 기타 열적 특성을 검출한다. Adams 등의 미국 특허 번호 제6,406,179 호에도 그러한 고온계가 기재되어 있다. 고온계(70)는 보다 구체적으로 방사 고온계이고 그리고 광학적 협대역 필터를 포함하며, 상기 협대역 필터는 950 nm 미만의 파장에서 즉, 실리콘 웨이퍼의 밴드 갭 파장 아래의 광자 파장으로서 달리 표현되는, 약 1.1 eV(1.1 ㎛)의 실리콘 밴드 갭 보다 다소 높은 광자 에너지에서, 약 20 nm의 밴드패스(bandpass)를 가진다. 그러한 필터는 다층 간섭 필터로서 용이하게 형성된다. 그에 따라, 실리콘 웨이퍼(32)는 램프(46)로부터 방출되는 보다 짧은-파장의 가시 복사선을 흡수하므로, 고온계(70)는 램프(46)로부터의 복사선보다는 오히려 웨이퍼(32)로부터 방출되는 흑체 복사선에 민감하다.
고온계(70)는 측정 온도에 응답하여 적외선 램프(46)로 공급되는 파워를 제어하는 램프 파워 공급 제어부(76)로 온도 신호를 공급한다. 적외선 램프(46)는, 열적 엣지 효과(thermal edge effects)에 대처하기 위해 더욱 맞춤형 방사상 열적 프로파일을 제공하도록, 방사상으로 배열된 영역들, 예를 들어, 15개의 영역들에서 제어될 수 있다. 고온계(70)들은 웨이퍼(22)를 가로지르는 온도 프로파일을 나타내는 신호를 파워 공급 제어부(76)로 함께 제공하고, 상기 파워 공급 제어부는 측정된 온도에 응답하여 적외선 램프(46)의 영역들 각각으로 공급되는 파워를 제어하고, 그에 따라 폐쇄 루프형(closed loop) 열 제어를 제공한다.
프로세싱 챔버(12)의 메인 본체(20)는 프로세싱 가스 유입구 포트(80) 및 가스 배출구 포트(82)를 포함한다. 사용 중에, 프로세스 가스를 유입구 포트(80)를 통해서 도입하기에 앞서서, 프로세싱 챔버(12) 내의 압력이 대기압 이하의 압력으로 감소될 수 있다. 진공 펌프(84)가 포트(76) 및 밸브(88)를 통해서 펌핑함으로써 프로세스 챔버(86)를 진공배기한다. 통상적으로, 압력은 약 1 내지 160 Torr로 감소된다. 그러나, 특정 프로세스는 종종 특정 가스의 존재하에도 불구하고 대기압에서 실시될 수 있고, 그리고 그러한 프로세스에서는 프로세스 챔버가 진공배기될 필요가 없다.
제 2 진공 펌프(90)는, 특히 석영 윈도우(22)에 걸친 압력차를 줄이기 위해서 프로세싱 챔버가 감소된 압력으로 펌핑될 때, 램프헤드(16) 내의 압력을 감소시킨다. 제 2 진공 펌프(90)는 밸브(94)를 포함하는 포트(92)를 통해서 펌핑함으로써 램프헤드(16) 내의 압력을 감소시킨다. 포트(92)는 램프 홀(52)을 포함하는 반사부 본체(54)의 내부 공간과 유체 소통한다.
램프(46)와 액체 냉각 채널(56) 사이의 열 전달을 촉진하기 위해서, 헬륨과 같은 열 전도성 가스의 가압 공급원(98)이 열 전도성 가스로 램프헤드(16)를 충진한다. 헬륨 공급원(98)은 밸브(100) 및 포트(102)를 통해서 램프헤드(16)에 연결된다. 열 전도성 가스는 램프헤드 커버(106)와 각 램프(46)의 베이스 사이에 형성된 가스 매니폴드(104) 내로 도입된다. 밸브(100)의 개방은, 가스가 매니폴드(104) 안으로 흐르게 한다. 램프 병입 컴파운드(50)가 비교적 다공성이기 때문에, 열 전도성 가스가 병입 컴파운드(50)를 통해서 그리고 램프(46)의 벽들과 램프 홀(52) 사이의 갭으로 흘러 램프(46)를 냉각시킨다.
그러나, 설명된 RTP 챔버는 낮은 온도에서 사용될 때 몇 가지 단점을 가진다. 실리콘 RTP에 사용되는 통상적인 복사선 고온계는 실리콘 포토다이오드 검출기를 포함하고, 이는 고온 본체로부터 방출되는 플란키안(Planckian) 복사선 스펙트럼의 보통은 좁은 밴드폭의 세기를 검출하고, 검출된 세기로부터 그 본체의 온도를 결정한다. 그러나, 고온계는 일반적으로, 높은 온도, 예를 들어, 500 ℃ 또는 800 ℃를 초과하는 온도를 측정하기 위해서 사용된다. 챔버 부품들이 비교적 따뜻하고(warm) 그리고 복사 전구로부터의 광의 누설이 있는 RTP 반응기의 구성에서, 통상적인 고온계는 약 450 ℃ 미만의 웨이퍼 온도에서는 상대적으로 효과적이지 못하다. 350 ℃ 본체에 노출되는 통상적인 고온계의 광전류는 0.8 pA 정도이고, 이는 통상적인 RTP 환경에서 열적 및 전기적 노이즈에 의해서 용이하게 압도될 수 있는 레벨이다. 또한, 웨이퍼는 이러한 온도에서 부분적으로 투명하고 그리고 챔버는 광을 밀폐하지 못한다. 차가운 웨이퍼의 존재하에서 백열 램프들이 턴 온된 직후에, 직접 및 간접적인 램프 복사선에 의해서 고온계가 즉시 약 350 ℃를 기록하였다는 것을 관찰하였다.
웨이퍼 온도의 저온 제어는 RTP에 대한 적어도 2가지 상황에서 발생된다. 고온 RTP에서, 더 높은 웨이퍼 온도는, 전술한 바와 같이, 약 450 ℃ 보다 높은 온도에서만 효과적인 복사선 고온계를 이용하여 폐쇄 루프 제어 시스템에 의해서 매우 정밀하게 제어된다. 그러나, 이러한 온도에 도달하기 위해서, 미리 정해진 양의 전류가 복사 램프로 공급되는 개방 루프 제어 시스템 하에서 웨이퍼가 먼저 가열되어야 한다. 온도가 복사 고온계에 대한 하측 검출 한계에 도달하였다는 것을 고온계가 검출하였을 때, 열 제어가 폐쇄 루프 시스템으로 스위칭된다. 개방-루프 기간 동안의 예비-가열은 통상적으로 스위치 오프(switch off) 조건을 넘어서 정밀하게 모니터링되지 않는다. 결과적으로, 온도 구배 또는 과다 가열 비율(rates)이 발생될 수 있다. 예열 중에 웨이퍼가 돔 형상이나 또는 감자-칩 형상으로 변형될 수 있고 이는 훨씬 더 높은 온도에서 효과적인 RTP를 방해한다. 그에 따라, 예열 조건들을 정밀하게 최적화할 필요가 있는데, 특히 균일한 예열을 달성하기 위해서 구역적인(zonal) 가열의 분포를 최적화할 필요가 있다. 종래에는, 왜곡이나 다른 결함 결과를 회피하는 예열 레시피를 확립하기 위해서, 숙련된 기술자가 많은 수의 웨이퍼로 그러한 예열 최적화 실험을 할 것이 요구되었다. 그러나, 최적화된 레시피는 웨이퍼 상에 이미 확립된 피쳐들(features)에 강하게 의존한다. 매우 긴 제조 작업 상황을 제외하고, 각 칩 설계의 각 레벨에 대해서 최적화를 실시하는 것은 불가능하다. 그 대신에, 주어진 타입의 물질, 예를 들어, 금속 또는 산화물 중 어느 하나의 상부 층을 가지는 패터닝되지 않은 원료(stock) 웨이퍼의 몇 가지 분류에 대해서 최적화가 실시된다. 제조를 위해서, 예열 레시피가 유사한 상부 층에 대해서 선택된다. 일반적으로, 이러한 접근 방법은 불만족스러운 것으로 입증되었고 그리고 불확실한 예열 비율을 초래하고 그리고 거기에 추가적인 조정이 필요한 다른 불균일성을 초래하였다.
500 ℃ 미만의 온도에서 그리고 심지어는 250 ℃ 미만 내지 거의 실온의 온도에서 실시되는 RTP에 대한 요구가 발생되고 있으며, 예를 들어, 니켈, 코발트, 또는 티타늄 실리사이드 콘택이 집적 회로의 미래 세대를 위해서 준비되고 있다. 비교적 낮은 열 처리 온도를 필요로 하는 이들 앞선 프로세스에 종래의 복사선 고온계를 적용하는 것이 간편할 것이다. 차가운 벽 및 저온 복사선 고온계를 가지는 자동화된 저온 RTP 챔버를 설계하는 것이 생각되지만, 상품화되는 고온 RTP 챔버를 저온 프로세싱에 맞추는 것이 보다 더 바람직하다. 상이한 프로세싱 단계에서 동일한 챔버를 이용할 수 있도록, 저온 및 고온 프로세싱 양자 모두에서 사용될 수 있는 RTP 챔버를 제공하는 것이 더욱 바람직하다.
Hunter 등의 미국 특허 번호 제6,151,446 호에는 승강 핀 상에서 지지되는 웨이퍼가 광검출기 내에서 충분한 광전류를 유도할 때를 결정하는데 유용한 투과 고온계가 개시되어 있으며, 상기 충분한 광전류가 유도되는 때는 웨이퍼가 엣지 링 상으로 하강되기 전에 웨이퍼가 챔버 온도에 도달하였다는 것을 일반적으로 나타낸다. 투과 고온계는 실리콘 밴드 갭에 근접한 밴드 내에서 유효한 몇몇 부류의 필터링을 포함한다. 실리콘 웨이퍼가 따뜻해짐에 따라, 그것의 밴드 갭 에너지가 감소된다(파장이 증대된다). 투과 고온계는, 실리콘 웨이퍼에 의해서 필터링되는 바와 같이, 낮은 세기에서 일반적으로 유지되는 복사 가열 램프로부터의 복사선을 검출하는 것을 목적으로 한다. 실리콘 밴드 갭이 검출기의 밴드폭 안 또는 밖을 통과함에 따라, 검출기 신호가 크게 변화되며, 그에 따라 실리콘 웨이퍼의 온도에 대한 지표를 제공하게 된다. 미국 특허 번호 제6,151,446 호에서, 웨이퍼를 따뜻한 엣지 링 상으로 하강시켜도 안전한 때를 결정하기 위해서, 투과 고온계가 챔버의 승강 핀 안으로 통합되었다. 이는, 최대 약 400 ℃까지에서만 작동하는 것으로 기재되어 있다. 미국 특허 번호 제6,151,446 호에 기재된 시스템이 어느 정도의 램프 파워의 피드백 제어를 제공하지만, 웨이퍼 온도의 보다 정밀하고 더 미세한 제어가 요구된다.
도핑된 기판과 연관되는 매트릭스 효과(matrix effects)가 없는 급속 열적 프로세싱을 위한 저온 측정 시스템이 당업계에서 요구되고 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예는 전방 측면과 후방 측면을 가지는 기판을 프로세싱하기 위한 급속 열적 프로세싱 장치에 관한 것이다. 이 장치는 복사선 열 공급원을 포함하는 챔버; 그리고 기판의 전방 측면 및 후방 측면 중 하나가 복사선 열 공급원과 마주하게 하는 위치에서 열적 프로세싱 동안에 기판을 지지하기 위한 지지 부재를 포함한다. 또한, 챔버는 기판을 통해서 복사선 공급원으로부터 전달된 복사선을 제 1 및 제 2의 단속적인(discrete) 파장에서 측정하고 그리고 제 1의 단속적인 파장의 전달된 복사선의 세기를 제 2의 단속적인 파장의 전달된 복사선의 세기와 비교하는 투과 복사선 검출기 시스템을 포함하는 고온계 시스템을 구비한다.
일부 실시예에서, 복사선 공급원은 복사 열 공급원이고 그리고 투과 복사선 검출기 시스템은 제 1의 단속적인 파장을 검출하기 위한 제 1 검출기 모듈과 제 2의 단속적인 파장을 검출하기 위한 제 2 검출기 모듈을 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 양상은 하나 이상의 파장 필터를 구비한다. 추가적인 양상은 고온계 시스템에 맞춰 조절되는(aligned with) 복사선 공급원을 구비한다.
다른 실시예에서, 복사선 공급원은 2개의 단속적인 광 공급원을 포함하고, 그리고 검출기 시스템은 제 1 및 제 2의 단속적인 파장의 복사선을 측정하는 제 1 검출기 모듈을 포함한다. 일부 양상에서, 복사선 공급원은 2개의 단속적인 광 공급원을 포함하고, 검출기 시스템은 제 1의 단속적인 파장의 복사선을 측정하는 제 1 검출기 모듈 및 제 2의 단속적인 파장의 복사선을 측정하는 제 2 검출기 모듈을 포함한다.
일부 실시예에 따른 파장 필터는 제 1의 단속적인 파장 및 제 2의 단속적인 파장 중에서 낮은 것 보다 몇 나노미터 더 낮은 것으로부터 제 1의 단속적인 파장 및 제 2의 단속적인 파장 중에서 높은 것 보다 몇 나노미터 더 높은 것까지의 범위를 벗어나는 모든 파장을 실질적으로 제거한다. 다른 양상은 제 1 파장 필터 및 제 2 파장 필터를 포함하는 하나 이상의 필터를 가지며, 제 1 파장 필터는 제 1의 단속적인 파장이 통과하도록 허용하기에 충분히 넓은 밴드패스를 가지고, 제 2 파장 필터는 제 2의 단속적인 파장이 통과하도록 허용하기에 충분히 넓은 밴드패스를 가진다. 추가적인 실시예는 제 1의 단속적인 파장 주변의 실질적인 모든 광이 통과할 수 있게 허용하고 그리고 제 2의 단속적인 파장 주위의(about) 파장에서 99.9% 차단되도록 필터를 통과하는 광의 투과를 점진적으로 감쇠(attenuate)시키는 필터를 구비한다. 다른 양상에서, 투과 복사선 검출기 시스템은 소정 파장 보다 작은 파장을 가지는 실질적으로 모든 복사선을 제거하는데 유효한 하나 이상의 파장 필터를 더 포함한다. 상세한 실시예에서, 소정 파장은 980 nm 이다.
다른 실시예는 기판으로부터 방출되는 복사선을 측정하기 위한 고온계를 포함하는 방출 복사선 검출기 시스템을 더 포함한다. 일부 양상은 또한, 기판을 통해서 투과되는 복사선으로부터 기판으로부터 방출되는 복사선의 일부를 분리하기 위한 비임 스플리터(beam splitter)를 구비한다.
본 발명의 여러 실시예들은 순차적으로 또는 동시적으로 작동되는 2개의 단속적인 광 공급원을 포함한다. 일부 구체적인 양상에서, 제 1의 단속적인 파장은 약 1030 nm 이고 제 2의 단속적인 파장은 약 1080 nm 이다. 다른 구체적인 양상에서, 방출 복사선 검출기는 약 930 nm의 복사선을 측정하도록 구성된다. 일부 양상에서 단속적인 파장을 생성하기 위한 광 공급원은 레이저, 발광 다이오드, 저전력 백열 전구 또는 기타 적절한 광 공급원일 수 있다.
추가적인 실시예는, 고온계 시스템에 커플링되고 복사 열 공급원으로 전달되는 파워의 양을 제어하도록 적응된 파워 공급 제어 시스템을 포함한다. 다른 실시예에서, 복수의 투과 복사선 검출기 시스템이 존재한다.
추가적으로, 본 발명의 실시예들은 기판을 프로세싱하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 실온에서 하나 이상의 고온계 시스템을 이용하여 2개의 단속적인 파장의 하나 이상의 광 공급원으로부터 방출되는 기준 광 세기를 측정하는 단계를 포함한다. 2개의 단속적인 파장의 실온 세기의 비율이 계산된다. 기판이 하나 이상의 광 공급원과 하나 이상의 고온계 시스템 사이의 위치에서 챔버 안으로 배치된다. 고온계 시스템을 이용하여 하나 이상의 광 공급원으로부터 기판을 통과하여 투과되는 2개의 단속적인 파장에서 광 세기가 측정된다. 기판을 통과하여 투과되는 2개의 단속적인 파장의 세기의 비율이 계산되고 실온에서 세기 비율에 대해서 노멀라이징된다(normalized). 그런 다음, 기판은, 고온계 시스템을 이용하여 기판을 통과하여 투과되는 단속적인 파장들의 광 세기의 비율을 주기적으로 측정함으로써 기판의 온도를 모니터링하면서, 복사 열 공급원을 이용하여 가열된다.
도 1은 하나 이상의 복사선 고온계를 포함하는 통상적인 급속 열적 프로세싱(RTP) 챔버의 개략적인 횡단면도이다.
도 2는 투과 고온계 및 복사선 고온계 양자 모두를 포함하는 RTP 챔버의 하나의 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 온도와 함께 실리콘 흡수 엣지의 이동을 도시한 그래프이다.
도 4는 투과 고온계에서 광전류에 대한 상이한 기여를 웨이퍼 온도의 함수로서 도시한 그래프이다.
도 5는 RTP 챔버 내의 웨이퍼의 온도를 측정하기 위해서 투과 고온계를 이용하는 기본적인 방법에 대한 프로세스 흐름도이다.
도 6은 실리콘 웨이퍼가 가열됨에 따라 투과 고온계와 복사선 고온계의 성능을 비교하는 그래프이다.
도 7은 여러 농도로 도핑된 n-타입 실리콘 웨이퍼들을 통해서 1 ㎛의 광을 투과하는 것을 온도의 함수로서 비교하여 도시한 도면이다.
도 8은 여러 농도로 도핑된 n-타입 실리콘 웨이퍼들을 통해서 투과되는 1.15 ㎛ 광 대 0.97 ㎛ 광의 비율을 온도의 함수로서 비교하여 도시한 도면이다.
도 9는 여러 농도로 도핑된 n-타입 실리콘 웨이퍼들을 통과하여 투과되는 1.03 ㎛ 광 대 1.08 ㎛ 광의 비율을 온도의 함수로서 비교하여 도시한 도면이다.
도 10은 상이한 저항률(resistivity)을 가지는 기판들에 대해서 1.03 ㎛ 광 대 1.08 ㎛ 광의 비율을 온도의 함수로서 도시한 그래프이다.
도 11은 측정 초기 온도 경사율(ramp rate)을 고려하여 램프 파워를 조정하는 것을 포함하는 RTP 챔버 내에서 가열 속도를 제어하기 위해서 투과 고온계를 이용하는 다른 방법에 대한 프로세스 흐름도이다.
도 12는 급속 열적 프로세싱에 유용하게 적용되는 조합된 복사선 및 투과 고온계의 단면도이다.
도 13은 조합된 복사선 및 투과 고온계 시스템을 이용하는 본 발명의 일부 실시예에 따른 RTP 챔버의 횡단면도이다.
도 14는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양상에 따른 2개의 레이저 시스템으로부터의 시간-멀티플렉싱(time-multiplexed) 신호의 그래프를 도시한다.
도 15는 입사 광을 분할하기 위해서 50:50 비임 스플리터를 채용하는 투과 고온계 시스템의 횡단면도를 도시한다.
도 16은 입사 광을 분할하기 위해서 이색성(dichroic) 거울을 채용하는 투과 고온계 시스템의 횡단면도를 도시한다.
본 발명의 몇 가지 예시적인 실시예를 설명하기에 앞서서, 본 발명이 이하의 설명에서 전개되는 구체적인 구성이나 또는 프로세스 단계들로 제한되지 않는다는 것을 이해한다. 이하에서 설명하는 실시예들은 단독으로 또는 다른 실시예들과 조합하여 실시될 수 있다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고, 그리고 여러 가지 방식으로 실시되거나 또는 실행될 수 있다.
본원의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는, 문맥에서 명확하게 그렇지 않다고 표시하지 않는 한, 복수의 것을 포함한다. 그에 따라, 예를 들어, "기판"에 대한 언급은 둘 또는 그 이상의 기판의 조합, 및 이와 유사한 것을 포함한다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예는 온도를 측정하기 위해서 실리콘의 밴드갭 에너지의 온도 의존성을 이용한다. 일 실시예에서, 실리콘 기판을 통해서 전달되는 에너지의 양이 측정되고, 여기서 측정을 위한 공급원이 또한 챔버 내의 가열 요소가 된다. 다른 실시예에서, 2개의 단속적인 파장의 2개의 측정이 얻어지고, 측정들의 비율이 비교된다. 이들 실시예는 밴드갭 흡수(즉, 도펀트, 비-스펙트럼적으로(non-spectrally) 변화되는 막)와 무관한 투과의 변동을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 공급원 변동을 보상한다. 다른 실시예에서, 2개의 단속적인 파장 공급원(LEDs 또는 레이저)이 순차적으로 점등되고, 그리고 측정이 비교된다(예를 들어, 시간 도메인(domain) 파장 변조(modulation)에 의해서). 이들 각각의 실시예는 현존하는 복사선 고온계 시스템에 존재할 수 있고, 그에 따라 주변 온도로부터 최대 1410 ℃까지의 온도를 측정할 수 있다. 이들 실시예는 높은 배경 복사선 공급원이 존재하는 경우에 박막 또는 실리콘 기판을 측정하는데 있어서 유용하다.
본 발명의 일 양상은, 급속 열적 프로세싱 챔버 내에서 500 ℃ 미만 및 심지어는 250 ℃ 미만의 실리콘 웨이퍼의 온도를 측정하기 위해 투과 고온계를 이용하는 단계를 포함한다. 투과 고온계는, 광 공급원으로부터의 복사선의 단속적인 파장이 실리콘 웨이퍼에 의해서 필터링되기 때문에, 광 공급원으로부터의 복사선의 단속적인 파장을 검출할 수 있다. 일부 파장 밴드에서의 실리콘의 흡수는 웨이퍼 온도 및 순도에 강하게 의존한다. 온도 측정은 단지 그러한 온도에서의 열적 프로세싱을 위해서 사용될 수 있을 것이고 또는 복사선 고온계가 웨이퍼 온도를 측정할 수 있는 지점, 예를 들어, 400 내지 500 ℃까지의 예열을 제어하는데 이용될 수 있을 것이며, 상기 지점 보다 높은 경우에 가열은 복사선 고온계를 이용하는 폐쇄 루프에 의해서 제어될 것이다.
약 350 ℃ 미만에서 유용한 저온 투과 고온계가 1 내지 1.2 ㎛의 파장 밴드에서 필터링이 없는 상태에서 또는 거의 없는 상태에서 실리콘 포토다이오드를 이용하여 구현될 수 있다. 500 ℃까지 확장하는 파장 범위에서 유용한 투과 고온계는 InGaAs 다이오드 광검출기 및 약 1.2 ㎛ 위쪽의 복사선을 차단하는 필터를 포함한다. 복사선 고온계 및 투과 고온계가 하나의 구조물 내로 통합될 수 있고, 그러한 구조물은 광 파이프 또는 다른 광학적인 도파관으로부터 복사선을 수용하고 그리고 투과 고온계 및 복사선 고온계의 필터로 지향되는 각각의 비임으로 복사선을 분할하는 광학적 스프리터를 포함한다.
본 발명의 급속 열적 프로세싱(RTP) 챔버(110)의 일 실시예가 도 2에 횡단면도로 개략적으로 도시되어 있다. RTP 챔버는 하나 이상의 투과 고온계를 포함한다. 본 발명의 일부 양상들이 투과 고온계를 이용하여 실시될 수 있지만, 본 발명에 따른 챔버(110)의 실시예는 하나 또는 그 초과의 복사선 고온계(70, 112)를 추가적으로 포함한다. 2개의 고온계(70, 112)가 광 파이프(72)로부터의 광학적 복사선을 수용하는 단일 시스템 내에 포함될 수 있고 그리고 광학적 스플리터(114)가 수용된 복사선을 2개의 고온계(70, 112) 사이로 분할한다. 전술한 바와 같이, 복사선 고온계(70)는 미크론-이하(sub-micron) 파장의 협대역 필터, 즉 실리콘 밴드 갭 보다 높은 에너지를 가지는 광자들을 통과시키는 협대역 필터를 포함한다. 그에 따라, 복사선 고온계(70)는 웨이퍼(32)의 후방 측면에서 흑체 복사 온도를 측정하는데 유효한데, 이는 실리콘 웨이퍼(32)가 램프(46)로서 도시된 복사 광 공급원으로부터의 더 짧은 파장의 광을 차단하기 때문이다. 반면에, 투과 고온계(112)는 보다 긴-파장의 광에 민감하고, 특히 관심의 대상이 되는 웨이퍼 온도에서의 실리콘 밴드 갭 주변의 광 또는 다소 긴 광에 민감하다.
균일한 웨이퍼를 통과하는 특정 파장의 광학적 복사선에 대한 투과도 또는 투과 계수 'τ'는 이하의 식에 의해서 주어지고,
τ(α,χ) = e-αχ (1)
이때, α는 흡수 계수이고, χ는 웨이퍼의 두께이다. 실리콘의 밴드 갭 근방에서의 실리콘의 흡수 계수는 공지된 온도 의존성을 가지며, 이에 대해서는 실온(20 ℃)에서의 라인(120)과 200 ℃에서의 라인(122)으로 도 3의 그래프에 도시하였다. 라인(120, 122)의 급격한 경사 부분들은 광학적 밴드 갭의 흡수 엣지로 식별되고, 이는 열적으로 활성화된 자유 캐리어(carriers)의 열적 변화 및 음향 양자(phonon) 기여(contribution) 둘 모두에 의존한다. 흡수 엣지는 파장이 길어지면 보다 긴 파장(보다 적은 광자 에너지)으로 이동된다.
투과 고온계에 대해 요구되는 스펙트럼 필터링은 복사선 고온계에 대해 요구되는 그것과 상이하다. 투과 고온계 필터 및 광검출기는 함께, 관심 대상(interest)의 웨이퍼 온도에서 흡수 갭의 파장에 대해서 민감할 필요가 있는 스펙트럼 응답을 제공한다. 이러한 요건은 투과 고온계가 낮은 온도에서만, 예를 들어 약 350 ℃ 미만의 온도, 보다 구체적으로 약 250 ℃ 미만의 온도만을 측정할 필요가 있는지의 여부 또는 최대 450℃ 까지의 온도 그리고 그보다 다소 높은 온도가 측정될 필요가 있는지의 여부에 따라서 달라진다. 그러나, 합리적인 신호-대-노이즈 비율을 유지하기 위해서, 흑체 복사 스펙트럼의 제한된 밴드폭만이 검출되어야 한다.
광학적 필터링이 없는 실리콘 광검출기는 약 250 또는 350 ℃ 미만에서 이러한 기능을 실시할 수 있다. 실리콘 광검출기는 약 1.1 ㎛ 보다 긴 파장을 가지는 복사선에 대해서 둔감하다. 웨이퍼가 실온으로부터 350 ℃로 가열됨에 따라, 웨이퍼 흡수 엣지는 1 ㎛ 으로부터 1.2 ㎛으로 상승한다. 그에 따라, 순(net) 효과는 다소 좁은 패스 밴드가 된다. 그러나, 약 350 ℃ 보다 높은 웨이퍼 온도에서, 흡수 엣지는 실리콘 광검출기의 검출 한계를 넘어서므로, 흡수 엣지 파장의 어떠한 추가적인 증가도 용이하게 검출되지 않는다. 그에 따라, 보다 높은 웨이퍼 온도에서의 작업의 경우에, 보다 긴 파장에 민감한 광검출기를 이용하는 것이 바람직하다. 그러한 검출기의 예는 InGaAs 다이오드 광검출기이며, 이는 약 0.9 내지 1.7 ㎛의 검출 밴드를 가진다. 최대 1.7 ㎛까지의 그러한 큰 기여분을 피하기 위해서, InGaAs는 1.2 또는 1.3 ㎛ 미만의 파장을 통과시키는, 즉 투과 고온계에 의해서 측정되는 가장 높은 온도에서 실리콘 웨이퍼의 밴드 갭 파장 보다 짧은 파장을 가지는 복사선을 대부분 통과시키고 그리고 이러한 밴드 갭 파장 보다 긴(above) 플란키안 스펙트럼의 대부분을 차단하는 로우-패스 필터로 이용되어야 한다. 추가적으로, 필터는 약 1 ㎛ 미만의 복사선을 차단하는 밴드패스 필터일 수 있다.
도 4의 그래프를 참조하여 작동 체제를 설명한다. 라인(126)은 램프 전류의 하나의 셋팅에 대한 웨이퍼 온도의 함수로서 투과 고온계로부터의 총 광전류를 나타낸다. 더 낮은 온도에서, 총 광전류는 원칙적으로 따뜻한 램프로부터의 광자 플럭스로부터 발생하고 웨이퍼를 통과하는 광전류(128)이다. 그러나, 라인(130)으로 도시한 바와 같이, 일정한 배경 복사, 예를 들어, 스트레이(stray) 복사 및 따뜻한 챔버 부품들이 존재한다. 더 높은 온도에서, 라인(132)으로 나타내어진, 웨이퍼 자체의 흑체 복사로부터의 증가하는 기여가 존재한다. 램프 및 웨이퍼 흑체 기여에 관한 교차는 약 400 ℃의 온도에서 발생되며, 이는 복사선 고온계가 유효하게 되는 영역의 하단부에 가깝다.
본 발명의 일 양상은 램프 전류 및 웨이퍼 온도에 대한 투과 고온계 광전류의 공지된 의존성에 의존하며, 이는 고온계 특성이라고도 지칭될 수 있다. 제조 웨이퍼에 대한 웨이퍼 두께가 엄격하게 제어되고, 예를 들어, 300 mm 웨이퍼의 경우에 0.75±0.02 mm로 제어되고, 그에 따라 기지의 양(known quantity)인 것으로 가정된다.
웨이퍼의 제어가능한 가열을 위한 기본적인 알고리즘이 도 5의 프로세스 흐름도에 도시되어 있다. 단계(136)에서, 온도를 알고 있는 웨이퍼가 RTP 챔버 내로 삽입되고 그리고 단계(138)에서 광 공급원(들)이 웨이퍼로 지향된다. 단계(140)에서, 투과 고온계로부터의 광전류가 측정된다. 이러한 측정은 램프 전류 및 웨이퍼 온도의 알려진 값으로 실시되고 그리고 그러한 측정은 공지된 특성이 적절하게 노멀라이즈될 수 있게 한다.
단계(142)에서, 광전류 대 램프 및 웨이퍼 온도의 공지된 그러나 노멀라이즈되지 않은 특성들이 노멀라이즈된다. 이는 여러 가지 방법으로 실시될 수 있지만, 가장 용이한 과정은, 측정된 광전류를, 초기 웨이퍼 및 램프 온도에서 노멀라이즈되지 않은 광전류 특성의 값과 일치하도록(in line with) 가져가기 위해 광검출기의 광전류 출력에 스케일링 인자(scaling factor)를 적용한다. 그 후에, 모든 측정된 광전류 값들이 스케일링된다(scaled).
그 후에, 단계(144)에서, 램프 전류가 적어도 초기 예열 값으로 상승된다. 그 후에, 단계(146)에서, 투과 고온계로부터의 광전류가 동일한 웨이퍼 및 상승된 램프 전류에 대해서 측정된다. 단계(148)에서, 웨이퍼 온도는 측정된 광전류 및 노멀라이즈된 특성으로부터 결정된다. 어떤 최종 예열 웨이퍼 온도에 도달하였다는 것이 단계(150)에서 결정될 때까지 단계(146, 148)가 반복된다.
필요한 램프 및 웨이퍼 특성들은 여러 가지 방법으로 확립될 수 있다. 램프 전류와 웨이퍼 온도 그리고 가능하게는 웨이퍼 두께의 수많은 조합에 대해서 고온계 광전류를 측정할 수 있고 그리고 이러한 실험적인 값들을 이용하여 추후 광전류를 웨이퍼 온도와 연관시킬 수 있다. 서로 다른 램프들 등을 포함하는 챔버 조건들에서 웨이퍼 변동(variations) 및 변화에 대처하기 위해서, 노멀라이제이션은 여전히 바람직한 것으로 여겨진다.
일 접근법은, 광검출기의 응답 그리고 실리콘 웨이퍼를 통한 투과율의 온도 의존성 및 램프의 전기적 측정치에 대한 광전류의 의존성에 대한 상당히 완전한 이해를 필요로 한다. 투과 고온계에 대한 광전류(IPD)는 웨이퍼 온도(Tw) 및 램프 온도(TL)에 주로 의존하고, 다음과 같이 표현될 수 있으며,
Figure 112011022911045-pct00001
(2)
이때, λ1 및 λ2 는 0.8 ㎛ 으로부터 1.7 ㎛으로 확장될 수 있는 광검출기의 반응도(responsiveness)의 스펙트럼 한계를 나타내는 적분의 한계이며, R(λ)는 사용되는 임의의 필터를 포함하는 광검출기의 반응 함수이고, L(λ, TL)는 램프 온도(TL)에서 램프의 복사선 세기 스펙트럼이고, 그리고 Ω는 배경 복사선의 차이, 웨이퍼의 상부 표면 상에서의 반사율, 투과 채널의 뷰 인자(view factor), 및 램프 복사선 세기의 차이를 설명하기 위한 노멀라이제이션 인자이다. 상부 웨이퍼 표면 상의 반사율에 대한 적절한 노멀라이제이션은, 상이한 수평 및 수직 구조를 가지는 상이한 타입의 웨이퍼들이, 각 타입의 구조에 대해서 RTP 예열을 개별적으로 최적화하지 않고 프로세싱될 수 있게 허용한다. 그 대신에, 큰 부분에서의 단일의 노멀라이제이션 측정은 상부-표면 반사도에 주로 영향을 미치는 그러한 차이를 설명한다.
램프 복사선 세기(L)는 램프 필라멘트에서 방산되는(dissipated) 파워 및 그에 따른 램프의 온도(TL), 필라멘트를 위해서 사용된 물질의 방사율(emissivity; εL(λ, TL)), 및 램프 필라멘트의 코일링(coiling)으로 인한 방사율에 대한 정정(δ(λ, TL))의 함수이다. 램프 온도(TL)는 이하의 식으로 주어지는 텅스턴 필라멘트에 대한 실험적인 표현식으로부터 결정될 수 있으며,
Figure 112011022911045-pct00002
(3)
여기서, α는 램프의 분류(class)에 의해서 방출되는 복사선에 대한 스펙트럼 측정에 의해서 결정될 수 있는 상수이고 그리고 RL은 램프 필라멘트의 저항이고, 이는 램프에 대한 SCR 드라이버로부터의 전류 피드백 및 순간 인가 전압에 의해서 결정될 수 있다. 필라멘트 온도에 대한 정보(knowledge)를 이용하여, 램프의 복사선 세기가 다음 식으로부터 계산될 수 있으며,
Figure 112011022911045-pct00003
(4)
여기서, LBB는 온도(TL)에서의 표면으로부터의 플란키안 흑체 복사선 스펙트럼이며,
Figure 112011022911045-pct00004
(5)
여기서, c1 및 c2 는 3.742 x 10-16 Wm2 및 0.1439 mK의 각각의 값을 가지는 잘 알려진 복사 상수이다. 텅스턴의 방사율(ε)은 온도 및 파장 둘 모두의 함수로서 잘 알려져 있다. 코일링 및 정정 인자(δ)는 각 램프 분류에 대해서 계산되거나 또는 대안적으로 측정될 필요가 있다.
온도(Tw)에서 두께(χ)를 가지는 실리콘 웨이퍼를 통한 투과율(τ)은 다음의 식에 의해서 주어지고,
Figure 112011022911045-pct00005
(6)
여기서, α는 파장(λ) 및 온도(Tw)에서의 실리콘의 흡수 계수이다. 그러한 흡수 계수는 "Emissivity of silicon at elevated temperatures," Journal of Applied Physics, vol. 74, no. 10, 15 Nov. 1993, pp. 6353-6364에서 Timans에 의해서 설명되는 모델로부터 계산될 수 있거나 또는 측정될 수 있다. Timans 모델은 음향 양자 및 자유 캐리어에 의한 흡수를 설명하고 그리고 저농도 도핑된 실리콘에 대한 측정된 흡수도와 양호한 일치를 보여준다. Timans의 참조문헌은 또한 고온계에 관한 일반적인 논의의 경우에도 가치가 있다.
측정된 광전류를 기초로 웨이퍼 온도를 발견하기 위해서 상기 식(2)의 적분을 반전(invert)시키는 닫힌(closed) 식을 찾는 것은 계산적으로 어려운 문제이고 그리고 실시간 조정에서는 구현하기가 어렵다. 그 대신에, 룩업 테이블을 컴파일링(compile)하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 축에 램프 필라멘트 온도(TL)를 표시하고 다른 축에 웨이퍼 온도(TW)를 표시한 2차원적인 테이블이 구성된다. 광전류의 계산되고 노멀라이즈되지 않은 값들이 테이블의 셀을 차지하게 된다.
기지의 웨이퍼 온도(Tw) 및 전기적으로 측정된 램프 필라멘트 온도(TL)에서의 초기 광전류 측정은 테이블의 노멀라이즈되지 않은 계산된 광전류 값을 측정된 광전류와 상호 연관시키고 그에 따라 전체 테이블에 대해서 노멀라이제이션 상수(Ω)를 결정할 수 있게 한다. 테이블의 모든 엔트리들을 노멀라이즈할 수 있을 것이나, 그 대신에 현재 알고 있는 노멀라이제이션 상수에 의해 광검출기의 출력에서 모든 측정된 광전류를 스케일링(scale)하는 것이 바람직하다.
교정 단계 이후에 웨이퍼를 프로세싱하는 동안에, 램프 파워 공급원의 전압 및 전류의 알려진 전기 측정치에서 투과 고온계로부터의 광전류가 측정되고, 상기 식 (3)에서 볼 때, 이는 램프 온도를 제공한다. 그 다음, 룩업 테이블을 참조하여, 기지의 램프 온도에서의 측정되고 스케일링된 광전류를 웨이퍼 온도와 상호 연관시킨다. 테이블화된 광전류들 사이에서, 그리고 필요한 경우에, 램프 온도들 사이에서, 내삽(interpolation)을 실시할 수 있다. 광전류 대 램프 및 웨이퍼 온도의 특성을 저장하고 리트리브(retrieving)하기 위한 다른 방법들이 이용가능 하다. 테이블의 각 컬럼(column)은 다항식(polynomial)의 계수, 멱급수(power series), 또는 주어진 램프 온도에 대해 광전류를 웨이퍼 온도와 연관시키는 다른 수학적 함수에 의해서 표시될 수 있다. 그러한 수학적 함수는 실시간을 기반으로 용이하게 계산된다. 대안으로, 전체 테이블이 2-변수 멱급수로 변환될 수 있다. 필요하다면, 다항식 또는 멱급수가 다항식의 값으로서의 웨이퍼 온도와 함께 변수로서 광전류를 포함할 수 있다.
전술한 설명은, 웨이퍼의 후방 측면을 통해서 램프들 중 하나와 마주하고 그리고 좁은 시야각(field of view)을 가지며, 실리콘 포토다이오드의 약 1 ㎛의 하한선을 넘어서는 부가적인 필터링을 하지 않는 실리콘 포토다이오드, 그리고 대상 온도의 경우에 약 1.2 ㎛ 미만인 흡수 에지를 확인하였다. 개별적인 통상의 복사선 고온계는 웨이퍼의 동일한 일반 영역과 마주하지만 필터 및 보다 넓은 시야각을 가졌다. 추가적으로, 확인 테스트 중에 베어(bare) 웨이퍼의 실제 온도를 측정하기 위해서, 열전쌍이 베어 웨이퍼에 이식되었다. 결과를 도 6의 그래프에 도시하였고, 이는 램프가 켜진 후에 상이한 방법들에 의해서 결정되는 온도를 시간의 함수로서 도시하고 있다. 라인(154)은 열전쌍에 의해서 측정된 온도를 나타낸다. 라인(156)은 투과 고온계에 의해서 결정되고 그리고 전술한 룩업 테이블과 함께 연산된 웨이퍼 온도를 나타낸다. 라인(158)은 통상적인 복사선 고온계에 의해서 결정된 온도를 나타낸다. 모든 온도에서, 투과 고온계는 열전쌍의 온도에 비교적 근접한 온도를 측정한다. 약 300 ℃ 미만의 온도에서, 통상적인 복사선 고온계는 웨이퍼 온도를 정확하게 측정하지 못하였으나, 상기 고온계는 그 보다 높은 온도에서는 적절한 기능을 하였다. 도 4에 추가적으로 도시된 바와 같이, 그와 같은 설계의 투과 고온계는 약 350 ℃ 또는 400 ℃ 보다 높은 온도에서 평탄한(flattened) 응답을 가졌다. 그에 따라, 약 350 ℃의 전이 온도 보다 낮은 온도에서 투과 고온계에 의존하고 그리고 그 보다 높은 온도에서는 복사선 고온계에 의존하는 것이 바람직하다. 그러나, 전이 온도는 2가지 고온계의 설계에 따라 달라질 수 있지만, 본 설계는 300 내지 400 ℃ 의 전이 온도를 나타낸다.
도 6의 곡선은 약 1 내지 1.2 ㎛의 파장에서 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼를 통한 투과 고온계를 이용한 온도 측정의 정확도를 보여준다. 도 7은 여러 농도로 도핑된 n-타입 실리콘 웨이퍼를 통한 광의 투과의 그래프를 도시한다. 1 ㎛의 파장에서 측정된 투과 광을 기록하였다. 이 그래프로부터, 최대 약 1018 cm-3 까지의 도핑 농도에서 투과 프로파일의 곡률이 상당히 유사한 프로파일을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 이 도핑 레벨보다 높은 레벨에서, 프로파일의 곡률에 있어서 차이가 존재한다. 본 발명의 듀얼 파장 측정을 이용함으로써, 이러한 곡률이 상쇄(counteract)될 수 있다. 도 8은, 2개 파장에서 투과된 광의 비율을 측정하고, 실온으로 노멀라이징될 때, 도 7의 샘플로부터의 결과적인 곡선을 도시한다. 도 9는, 1080 nm 및 1030 nm에서 투과된 광의 비율을 측정하고, 실온으로 노멀라이징될 때, 도 7로부터 선택된 샘플들로부터의 결과적인 곡선을 도시한다. 이들 샘플들의 곡률이 투과 고온계의 유용한 범위에 걸쳐 거의 동일하게 유지된다는 것을 확인할 수 있으며, 이는 도핑의 효과를 고찰로부터 효과적으로 제거할 수 있다는 것을 보여준다.
도 10은 여러 가지 타입의 실리콘을 통해서 약 25 ℃ 내지 250 ℃의 온도에 걸쳐 수집된 1030 nm 레이저 투과 신호 및 1080 nm 레이저 투과 신호의 실험적인 데이터를 도시한다. 다양한 실리콘 샘플들의 저항률(resistivity)은 매우 높은 값(>50 오옴-cm)부터 매우 낮은 값(밀리-오옴-cm 정도)까지의 범위에 있다. 1030 nm 레이저 신호 대 1080 nm 레이저 신호의 비율이 실리콘 온도의 함수로서 플롯팅될 때, 상이한 실리콘 타입들에 상응하는 모든 곡선들은 단일 곡선으로 중첩된다. 이러한 데이터는, 고온계 신호들의 비율을 평가(evaluating)함으로써 도핑 효과가 제거된다는 것을 보여준다. 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 둘 이상의 프로세스 즉, 예열이라고도 또한 지칭되는 개방-루프 튜닝(open-loop tuning) 및 거의 실온의 고온계가 있다. 본 발명의 실시예에 따른 거의 실온의 고온계는 더 높은 온도에서 복사선 고온계를 이용하는 것과 유사한 아키텍쳐(architecture)로 열 제어 시스템의 피드백 루프 내에서 바람직하게 다수의 방사상으로 정렬된 투과 고온계들을 이용한다. 몇몇 진보된 집적 회로 구조에 대해 고려되는 바와 같은, 250 ℃ 미만의 온도에서도 정확한 열적 제어가 가능하다. 전술한 실리콘 포토다이오드가 약 300 ℃ 보다 높은 웨이퍼 온도에서 열악한 성능을 나타내기 때문에, 예를 들어, InGaAs 광검출기 및 간섭 필터와 같이 더 긴 파장에 보다 적합한 필터들 및 광검출기들을 제조하기 위해 그러한 저온 작동이 바람직하다. 전술한 바와 같이, RTP 챔버는 모든 웨이퍼 온도에서 작동될 수 있는 열적 피드백 제어 상태에서 저온 및 고온 프로세싱 둘 모두의 능력을 갖는 것이 바람직할 것이다.
저온 고온계의 경우에, 가열 램프로부터 분리된 투과 복사선을 위한 광 공급원을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 광 공급원은 레이저, LED, 독립적인 저휘도 백열 전구 또는 임의의 다른 적절한 광 공급원일 수 있다.
또한, 복사선 고온계를 포함하지 않은 상태에서 예열 단계(또한 개방 루프 튜닝이라고도 한다)를 보다 정확하게 제어하기 위해서 본 발명의 양상들을 표준 고온 RTP와 함께 적용할 수 있다. 단순한 예열 프로세스가 도 11의 흐름도에 도시되어 있다. 온도를 알고 있는 웨이퍼를 RTP 반응기에 삽입한 후에, 단계(170)에서, 룩업 테이블을 위한 노멀라이제이션 인자를 확립함으로써 또는 시스템의 특성들을 저장하는 다른 방법에 의해서 투과 고온계가 교정된다. 투과 고온계의 교정은 기준 세기를 측정하는 단계 및 배경 또는 매트릭스 효과를 정정하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(172)에서, RTP 램프들은 소정의 낮은 파워 레벨, 예를 들어, 전(full) 고온 레벨의 15%로 설정되는데, 이는 10 ℃/s 미만의 비교적 느린 가열 속도를 생성한다. 단계(172)에서, 램프들이 그의 낮은 파워 레벨로 설정된 후에, 교정된 투과 고온계는 웨이퍼 온도를 적어도 2차례 측정하고 그리고 이로써 단계(174)에서 2차례의 측정들 사이의 간격 동안에 웨이퍼가 가열됨에 따라 온도의 초기 경사율을 측정한다. 단계(176)에서, 파워 공급 제어기는 조정된 램프 파워 레벨을 계산하고, 이는 초기에 측정된 것으로부터 원하는 온도 경사율까지 온도 경사율을 변화시킬 것이며, 원하는 온도 경사율은 10 내지 20 ℃/s 범위의 설정 값이 될 수 있다. 그 후에, 종래의 고온 RTP 제어 시스템에서 실시되는 바와 같이, 단계(180)에서 복사선 고온계에 주로 의존하는 폐쇄 루프 제어로 제어가 스위칭되는 전이 온도에 웨이퍼 온도가 도달하였다는 것을 단계(178)가 결정할 때까지, 예열이 계속된다.
초기 경사율에 대한 조정 후의 예열이 여러 가지 방법으로 실시될 수 있다. 이는 단순히 경과 시간에 의존할 수 있는데, 이는 램프 파워가 재조정되었기 때문이다. 투과 고온계 또는 복사선 고온계 둘 모두의 고온계가 통상적으로 민감한 온도인 전이 온도에 도달하는 때를 검출하기 위해, 투과 고온계 또는 복사선 고온계 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 훨씬 더 정밀한 제어를 위해서, 예열 단계에 대한 폐쇄 루프 제어 시스템에서 투과 고온계를 이용하여, 램프 전류를 동적으로 조정함으로써, 예열 동안에 원하는 온도 경사율을 유지할 수 있다. 또한, 예열 단계의 상이한 부분들에서 원하는 경사율을 조정하는 것이 가능하다.
전술한 설명들이 단일 투과 고온계에 초점을 맞춘 것이고 그리고 단지 하나의 램프 파워 셋팅에 대해서만 언급하고 있지만, 다수의 투과 고온계들이 서로 다른 반경에 배치된다면 그리고 그러한 일부 차등 영역(differential zone) 가열이 이용된다면, 정확도가 개선된다. 예를 들어, 하나의 투과 고온계가 웨이퍼 중심 부근을 지향(point)할 수 있고, 제 2 투과 온도계가 웨이퍼로부터 엣지 링으로의 전이부 부근을 지향할 수 있으며, 제 3 투과 온도계는 단지 엣지 링만을 지향할 수 있다. 그 다음, 램프들은 예열을 위한 적어도 3개의 유사 영역들로 분할될 수 있다. 도 11의 초기 경사율 조정에서, 3개의 초기 온도 경사율은 3개의 투과 고온계로부터 측정된다. 이어서, 상이한 가열 영역들 내의 램프들이 개별적으로 재조정되어 통상적으로 공통되는 원하는 경사율을 획득하고, 이때 좁은 중간 영역들에서의 일부 내삽이 있을 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투과 고온계들은 또한 초기 예열을 위해서도 유용하며, 그러한 초기 예열에서 웨이퍼가 승강 핀에 의해서 지지되는 동안에 웨이퍼들이 엣지 링의 온도까지, 예를 들어, 약 200 ℃까지 가열된다. 일단 웨이퍼가 이러한 온도에 도달하면, 승강 핀이 웨이퍼를 엣지 링으로 하강시키며, 이어서 에지링이 회전되기 시작한다. 복사선 고온계는 이러한 체제 중에는 거의 쓸모가 없는데, 이는 특히 램프로부터의 상당한 광 누설이 현수된 웨이퍼 주위에서 하부의 고온계로 이루어지기 때문이다.
반사부 플레이트 내의 상이한 개구에 커플링된 개별적인 복사선 고온계 및 투과 고온계를 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 복사선 고온계 필터에 앞서서 경사진 부분 반사부를 포함시키기 위해서 미국 특허 번호 제6,406,179 호의 복사선 고온계를 변경함으로써 2가지 고온계를 통합하는 것이 편리하다. 반사된 복사선이 필터링되지 않은 실리콘 광검출기로 지향되고, 따라서 이는 투과 고온계로서 역할을 한다.
듀얼 고온계(190)의 예가 도 12에 단면으로 도시되어 있다. 사파이어 광 파이프(192) 및 금속 슬리브(194)가 RTP 반사부 플레이트의 바닥에서 고온계(190)를 지지한다. 고온계는 하우징(196)의 내부에 형성되고, 상기 하우징은, 통상적으로 다수-층 간섭 필터로 구성되는, 협대역 필터(200)로 광 파이프 복사선을 시준하기 위해서 광 파이프(192)의 출력부에 인접한 시준기(198) 내의 축방향 개구(210)로부터 외측으로 방사상으로 펼쳐지는 반사형 내측 벽(202)을 가지는 시준기(198)를 수용한다. 협대역 필터(200)는 하우징(196) 내에서 지지되고 그리고 복사선 고온계와 연관된다. 그러나, 조정가능한 금도금 핀(204)이 시준기 벽(202)으로부터 돌출하고 그리고 경사진 반사형 면을 구비하여 비임 스플리터(206)를 제공하며, 광 파이프(192)로부터의 복사선의 일부를 시준기(198) 내의 개구(210)를 통해서 비임 스플리터(206)와 마주하는 광검출기(208)를 향해서 지향시킨다. 광검출기(208)는 실리콘 포토다이오드일 수 있고, 이러한 경우에 광검출기만이 낮은 웨이퍼 온도에 대한 투과 고온계로서 역할을 할 수 있다. 그러나, 다소 더 높은 웨이퍼 온도의 경우에, 광검출기(208)는 InGaAs 포토다이오드와 같이 더 긴-파장 응답을 가질 수 있고, 이러한 경우에 미도시된 개별적인 투과 고온계 필터가 광검출기(208)와 비임 스플리터(206) 사이에 배치된다. 나머지 복사선이 비임 스플리터(206)를 통과하고 그리고 집광기(concentrator; 212)의 폭이 좁은 단부(wide narrow end)로 진입하기에 앞서서 복사선 고온계 필터(200)에 의해서 필터링되며, 상기 집광기는 그러한 집광기(212)의 단부에서 좁은 축방향 개구(216)를 통해서 노출되는 제 2 광검출기(215)를 향해서 필터링된 복사선을 집광하는 내측으로 테이퍼링된 반사형 벽(214)을 가진다.
광검출기(215)는 복사선 고온계를 완성하고 그리고 통상적으로 실리콘 포토다이오드로서 구현된다. 2개의 광검출기(208, 215)로부터의 개별적인 전기 리드(lead)가 광검출기 파워 공급부로 그리고 램프 파워 공급 제어부로 연결되어 두개의 고온계 광전류를 공급한다.
유익하게도, 전술한 구조는 RTP 반응기 플레이트를 위한 기존의 설계 및 그의 개구와 광 파이프들을 이용한다. 비임 스플리터의 다른 타입 및 다른 구조가 사용될 수도 있다. 파장-선택형 비임 스플리터를 이용하여 감도가 개선된다.
그에 따라, RTP 프로세스가 저온에서 효과적인 열적 프로세스를 포함하는지의 여부 또는 복사선 고온계가 통상적으로 사용되는 더 높은 온도를 얻기 위해 요구되는 예열을 포함하는지의 여부에 관계 없이, 본 발명의 실시예들은 RTP 프로세스의 보다 양호한 저온 제어를 제공한다. 투과 고온계는, 그의 동작 온도 범위를 확장하고 그리고 예열 단계를 보다 정밀하게 제어하기 위해, 고온 RTP 챔버의 기존의 설계에 용이하게 그리고 경제적으로 통합될 수 있으며, 따라서 확장된 온도 고온계 시스템을 제공한다.
저온 고온계 시스템을 포함하는 확장된 온도 시스템의 다른 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 도시된 바와 같은 시스템은 제 1 파장(λ1)(315)으로 기판(302)로부터 방출되는 복사선을 측정하는 비임 스플리터(306)를 포함하는 방출 복사선 검출기(300)를 포함한다. 방출 복사선 검출기(300)는 저온에서 동작하는 시스템에서는 필수적인 컴포넌트가 아니고, 그리고 일부 시스템에서는 선택적인 컴포넌트이다. 저온 및 고온에서 동작하는 시스템의 경우에, 방출 복사선 검출기(300) 및 저온 시스템(308) 모두가 포함될 것이다. 도 13에 도시된 저온 고온계 시스템에 대한 복사선 공급원(310)은 제 2 파장(λ2)(316) 및 제 3 파장(λ3)(318)에서 작동하는 2개의 단속적인 광 공급원(312, 314)을 포함하고, 상기 저온 검출기 시스템(308)은 제 1의 단속적인 파장(316)과 제 2의 단속적인 파장(318)의 복사선을 측정하는 제 1 검출기(320)를 포함한다. 2개의 단속적인 광 공급원(312, 314)이 순차적으로 또는 동시에 동작될 수 있다. 일부 구체적인 양상에서, 제 2의 단속적인 파장(316)이 약 1030 nm 이고 제 3의 단속적인 파장(318)은 약 1080 nm 이다. 다른 구체적인 양상에서, 파장 필터(322)는 외부 광을 제거하기 위해서 제 1 검출기(320)에 통합된다. 단속적인 파장(316, 318)을 생성하기 위한 광 공급원(312, 314)은 레이저, 발광 다이오드, 저전력 백열 전구 또는 기타 적절한 광 공급원일 수 있다.
도 14는 단속적인 파장 공급원(312, 314)이 순차적으로 동작될 때 시간-멀티플렉싱 신호의 그래프를 도시한다. 각 사이클의 경우에, 제 1 파장 공급원(312)이 먼저 턴 온되고, 그리고 고온계 신호가 기록된다. 이어서, 제 1 파장 공급원(312)이 턴 오프되고 제 2 파장 공급원(314)이 턴 온되고 고온계 신호가 측정된다. 제 2 파장 고온계가 측정된 후에, 제 2 파장 공급원(314)이 턴 오프되고, 일 시간 시간 동안 공급원 둘 모두를 오프된 상태로 유지한다. 각 사이클에 대한 시간 기간은 약 60 msec 또는 그 미만이다. 이어서, 사이클이 반복된다. 제 1 파장 및 제 2 파장에 대해서 측정된 고온계 신호는, (공급원 둘 모두가 오프된 때 측정된) 배경 신호로부터 감산되고 그리고 비율이 결정된다.
전술한 바와 같이, 제 2 복사선 검출기가 포함될 수 있고, 이는 제 1 파장(λ1)(304)의 복사선을 측정하도록 구성된 방출 검출기(300)이고, 상기 제 1 파장은 실리콘 기판으로부터 방출되는 파장이다. 제 2 복사선 검출기는 약 930 nm에 해당하는 실리콘으로부터 방출되는 복사선의 파장을 측정한다. 저온 고온계 시스템에 커플링된 파워 공급 제어 시스템(도시하지 않음)은 복사 열 공급원(324)으로 전달되는 파워의 양을 제어하도록 적응될 수 있다.
도 15는 도 13에 도시된 시스템의 변형 실시예를 도시하며, 여기에서 단속적인 광(316, 318)이 기판(302)을 통해서 투과되고 그리고 거울(204)에 의해서 투과 고온계 시스템으로 지향된다. 도시된 투과 고온계 시스템은, 2개의 파장에서 검출하는 단일 모듈을 이용하는 대신에, 제 1의 단속적인 파장(316)의 복사선을 측정하는 제 1 검출기 모듈(330) 및 제 2의 단속적인 파장(318)의 복사선을 측정하는 제 2의 별개의 검출기 모듈(340)을 구비한다. 제 1 검출기 모듈(330) 및 제 2 검출기 모듈(340) 둘 모두는 선택적인 파장 필터(334, 344)를 가지는 검출기(332, 342)를 구비한다. 비임 스플리터(350)는 단속적인 광(316, 318)의 절반을 검출기 모듈(330, 340) 각각으로 지향시킨다.
도 16은 도 15에 도시된 시스템의 변형 실시예를 도시하며, 여기에서 비임 스플리터는 이색성 거울(360)로 대체된다. 이색성 거울(360)은 제 1의 단속적인 파장(316)이 제 1 검출기 모듈(330)로 통과할 수 있게 허용하는 한편 제 2의 단속적인 파장(318)을 제 2 검출기 모듈(340)을 향해서 반사한다.
일부 실시예에서 사용된 파장 필터는 제 1의 단속적인 파장 및 제 2의 단속적인 파장 중에서 낮은 것 보다 몇 나노미터 더 낮은 것으로부터 제 1의 단속적인 파장 및 제 2의 단속적인 파장 중에서 높은 것 보다 몇 나노미터 더 높은 것까지의 범위를 벗어나는 실질적으로 모든 파장을 제거한다. 다른 양상은, 제 1 파장 필터 및 제 2 파장 필터 즉, 제 1의 단속적인 파장이 통과할 수 있게 허용하는 충분한 밴드패스 폭을 가지는 제 1 파장 필터 그리고 제 2의 단속적인 파장이 통과할 수 있게 허용하는 충분한 밴드패스 폭을 가지는 제 2 파장 필터를 포함하는 하나 이상의 필터를 구비한다. 추가적인 실시예들은 제 1의 단속적인 파장 주변의 실질적인 모든 광을 통과할 수 있게 허용하고 그리고 제 2의 단속적인 파장 주변의 파장에서 99.9% 차단되도록 필터를 통과하는 광의 투과를 점진적으로 감쇠시키는 필터를 구비한다. 다른 양상에서, 투과 복사선 검출기 시스템은 소정 파장 보다 작은 파장을 가지는 실질적으로 모든 복사선을 제거하는데 유효한 하나 이상의 파장 필터를 추가적으로 포함한다. 구체적인 실시예에서, 소정 파장은 980 nm이다.
추가적으로, 본 발명의 실시예는 기판을 프로세싱하는 방법에 관한 것이고, 그러한 방법은 실온에서 하나 이상의 저온 고온계 시스템을 이용하여 2개의 단속적인 파장에서 하나 이상의 광 공급원으로부터 방출되는 기준 광 세기를 측정하는 단계를 포함한다. 기준 광 세기는, 예를 들어, 챔버 내에 기판 또는 웨이퍼를 포함하지 않는 챔버 내에서 측정될 수 있다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 기준 세기 측정은 예를 들어, 매트릭스 효과, 동적 시스템 특성 및 배경 광을 정정하는데 이용될 수 있다. 2개의 단속적인 파장의 실온 세기의 비율이 계산된다. 기판은 하나 이상의 광원과 하나 이상의 저온 고온계 시스템 사이의 위치에서 챔버 내로 배치된다. 광 세기는 저온 고온계 시스템을 이용하여 기판을 통해서 하나 이상의 광 공급원으로부터 전달되는 2개의 단속적인 파장에서 측정된다. 기판을 통해서 전달되는 2개의 단속적인 파장의 세기들의 비율이 계산되고 그리고 실온에서의 세기 비율로 노멀라이징된다. 이어서, 복사 열 공급원을 이용하여 기판이 가열되고, 이때 저온 고온계 시스템을 이용하여 기판을 통해서 전달되는 단속적인 파장에서 광 세기의 비율을 주기적으로 측정함으로써 기판의 온도를 모니터링한다.
본원 명세서 전체에서, "일 실시예", "특정 실시예", "하나 또는 그 초과의 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 그러한 실시예와 관련하여 설명된 특별한 특징, 구조, 물질, 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 그에 따라, 본원 명세서 전체에 걸쳐 여러 곳에서 "하나 또는 그 초과의 실시예에서", "특정 실시예에서", "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 등장은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특별한 특징, 구조, 물질, 또는 특성이 하나 또는 그 초과의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
특정 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 그러한 실시예들은 단지 본 발명의 원리 및 적용예를 설명하기 위한 것임을 이해하여야 할 것이다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 방법 및 장치에 대해서 다양한 변형 및 변화를 가할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 그에 따라, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주에 포함되는 변형 및 변화 및 그들의 균등물도 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 전방 측면과 후방 측면을 가지는 기판을 프로세싱하기 위한 급속 열적 프로세싱 장치로서:
    복사 열 공급원을 포함하는 챔버;
    상기 기판의 전방 측면 및 후방 측면 중 하나가 상기 복사 열 공급원과 마주하게 하는 위치에서 열적 프로세싱 동안에 상기 기판을 유지하는 지지 부재; 및
    상기 기판을 통해 복사선 공급원으로부터 전달되는 복사선을 측정하는 투과 복사선 검출기 시스템을 포함하는 고온계 시스템을 포함하고,
    상기 복사선 공급원은 제 1 단속적 파장 및 제 2 단속적 파장으로 복사선을 전달하는 두 개의 단속적 광 공급원들을 포함하고, 상기 투과 복사선 검출기 시스템은 상기 제 1 단속적 파장 및 상기 제 2 단속적 파장으로 전달된 복사선을 측정하고 상기 제 1 단속적 파장의 전달된 복사선의 세기를 상기 제 2 단속적 파장의 전달된 복사선의 세기와 비교하는 적어도 하나의 검출기 모듈을 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사선 공급원은 상기 고온계 시스템에 맞춰 조절되는(aligned with),
    급속 열적 프로세싱 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 검출기 모듈은 상기 제 1 단속적 파장 및 상기 제 2 단속적 파장의 복사선을 측정하는 제 1 검출기 모듈을 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 검출기 모듈은 상기 제 1 단속적 파장의 복사선을 측정하는 제 1 검출기 모듈 및 상기 제 2 단속적 파장의 복사선을 측정하는 제 2 검출기 모듈을 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단속적 파장 및 상기 제 2 단속적 파장 중에서 낮은 것 보다 미리 결정된 양만큼 더 낮은 것으로부터 상기 제 1 단속적 파장 및 상기 제 2 단속적 파장 중에서 높은 것 보다 미리 결정된 양만큼 더 높은 것까지의 범위를 벗어나는 모든 파장들을 제거하는 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 파장 필터 및 제 2 파장 필터를 포함하는 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하고,
    상기 제 1 파장 필터는 상기 제 1 단속적 파장이 통과하도록 허용하는 밴드패스를 가지고, 상기 제 2 파장 필터는 상기 제 2 단속적 파장이 통과하도록 허용하는 밴드패스를 가지는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파장 필터는 상기 제 1 단속적 파장 주변의 모든 광이 통과할 수 있게 허용하고, 상기 제 2 단속적 파장 주위의(about) 파장들에서 99.9% 차단되도록 필터를 통과하는 광의 투과를 점진적으로 감쇠(attenuate)시키는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 방출되는 복사선을 측정하기 위한 고온계를 포함하는 방출 복사선 검출기 시스템 및 상기 기판을 통과하여 전달되는 복사선으로부터 상기 기판에서 방출되는 복사선의 일부를 분리하기 위한 비임 스플리터를 더 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온계 시스템에 커플링되어 상기 복사 열 공급원으로 전달되는 파워의 양을 제어하는 파워 공급 제어 시스템을 더 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과 복사선 검출기 시스템은 미리결정된 파장 보다 작은 파장을 가지는 모든 복사선을 제거하는데 유효한 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    복수의 투과 복사선 검출기 시스템을 더 포함하는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단속적 파장은 1030 nm 이고 상기 제 2 단속적 파장은 1080 nm 이며, 방출 복사선 검출기는 930 nm의 복사선을 측정하도록 구성되는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 두개의 단속적 광 공급원들은 레이저 또는 발광 다이오드(LED)로부터 선택되는,
    급속 열적 프로세싱 장치.
  15. 기판을 프로세싱하는 방법으로서:
    적어도 하나의 고온계 시스템을 이용하여 2개의 단속적 파장들에서 적어도 하나의 광 공급원으로부터 실온에서의 기준 광 세기를 측정하는 단계;
    상기 2개의 단속적 파장들의 실온 세기들의 비율을 계산하는 단계;
    상기 적어도 하나의 광 공급원과 상기 적어도 하나의 고온계 시스템 사이의 위치에서 챔버 내로 상기 기판을 배치하는 단계;
    상기 고온계 시스템을 이용하여 상기 적어도 하나의 광 공급원으로부터 상기 기판을 통과하여 전달된 상기 2개의 단속적 파장들에서 광 세기를 측정하는 단계;
    상기 기판을 통해서 전달된 2개의 단속적 파장들의 세기들의 비율을 계산하고 그리고 실온에서 상기 세기 비율에 대해서 노멀라이징하는 단계; 및
    복사 열 공급원을 이용하여 상기 기판을 가열하면서, 상기 고온계 시스템을 이용하여 상기 기판을 통과하여 전달되는 단속적 파장들의 광 세기의 비율을 주기적으로 측정함으로써 상기 기판의 온도를 모니터링하는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
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