KR20050035275A - 급속 열 공정 툴의 온도 측정 시스템을 위한 광학 경로 개선, 초점 길이 변경 보상 및 산란 광선 축소 - Google Patents

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더글라스 브라운
로버트 데이비스 미도우즈
데이비스 타오
마티아스 코크
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액셀리스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 발명은 고온계 시스템에 대한 것이고, 엘리베이터 튜브를 포함한다. 엘리베이터 튜브는 포개어 끼우는 식 배열로 내부 튜브를 둘러싸고 튜브의 꼭대기에서 밑바닥까지 연장되는 내부 튜브와 외부 튜브를 포함하는데, 상기 배열은 이들 사이의 유동 통로를 한정한다. 엘리베이터 튜브는 냉각 가스를 유동 통로로 전달할 수 있는 외부 튜브에 결합된 출입구를 더 포함한다. 고온계 헤드는 내부 튜브의 밑바닥에 연결되고 내부 튜브를 통해 방사선을 보내고 받을 수 있다. 상기 시스템은 내부 튜브 또는 외부 튜브의 꼭대기 중 적어도 하나에 연결되고 이것의 열 측정을 위해 작업재를 지지할 수 있는 스파이더 칼라를 더 포함한다.

Description

급속 열 공정 툴의 온도 측정 시스템을 위한 광학 경로 개선, 초점 길이 변경 보상 및 산란 광선 축소{OPTICAL PATH IMPROVEMENT, FOCUS LENGTH CHANGE COMPENSATION, AND STRAY LIGHT REDUCTION FOR TEMPERATURE MEASUREMENT SYSTEM OF RTP TOOL}
본 발명은 일반적으로 반도체 공정 시스템 및 특히, 급속 열 공정(RTP) 툴에 사용된 웨이퍼 온도를 측정하는 고온계 시스템(pyrometer system)에 대한 것이다.
열 공정 전기로(thermal processing furnace)는 어닐링, 확산, 산화 작용 및 화학 기상 증착을 포함한, 다양한 반도체 제조 공정을 수행하기 위해 수년동안 널리 공지되고 사용되어 왔다. 결과적으로, 이런 공정은 특히 결과물의 품질 및 균일성에 입각한 공정 변수의 영향에 대하여 충분히 알려져 있다. 열 공정 전기로는 보통 수평-타입 전기로나 수직-타입 전기로가 사용된다.
종래 타입의 전기로들은 실질적으로 작은 선폭(예를 들어, 1 마이크론보다 더 작은)을 유지하는 동안 요구된 깊이까지 주입된 불순물의 확산을 활성화시키거나 웨이퍼에 산화 층의 애플리케이션이나 웨이퍼에 화학 기상 층(chemical vapor layer)의 증착과 같은, 다른 종래 공정 기술을 수행하여 요구된 온도로 반도체 웨이퍼를 가열하기 위해 구성된다. 공정 동안 웨이퍼의 가열 요건은 공지되어 충분히 알려져 있으므로, 면밀히 모니터된다.
튜브 전기로와 같은, 종래 수직-타입 열 공정 전기로는 수직 위치의 전기로내의 공정 튜브를 지지하도록 구성된다. 보통 열 전기로는 공정 튜브안과 밖으로 웨이퍼 보트(wafer boat)를 이동시키기 위한 적합한 이동 메커니즘으로 장착된 웨이퍼 보트 어셈블리(wafer boat assembly)를 사용한다. 웨이퍼-처리 어셈블리(wafer-handling assembly)는 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼-보트 어셈블리까지 반도체 웨이퍼를 운반하기 위해 웨이퍼-보트 어셈블리에 근접하여 병렬로 배치된다. 그 다음에 웨이퍼가 석영 또는 실리콘 가열 튜브로 올려진다. 그 다음에 상기 튜브가 요구된 온도로 천천히 상승되고 약간의 소정 기간동안 이 온도로 유지된다. 후에, 상기 튜브는 천천히 냉각되고, 웨이퍼는 공정을 완료하기 위해 튜브로부터 제거된다. 이 공정 기술의 결점은 웨이퍼가 영향을 받을 수 있는 온도의 시간에 대해 강제성을 둔다는 것이다.
실리콘 집적 회로를 위한 결정적인 치수가 초미세하게 끊임없이 작아지므로, 웨이퍼 온도 균일성 및 웨이퍼에서 웨이퍼로의 온도 반복성을 위한 필요 조건이 점점 더 엄격해진다. 예를 들어, 0.18 마이크론 생산 기술에서, 요구된 웨이퍼에서 웨이퍼로의 온도 반복성은 대략 +/-3℃내이다.
고온계는 열 공정 전기로내의 공정 동안 실리콘 웨이퍼의 비-접촉 온도 측정법을 위한 한가지의 방법으로 선택 되어왔다. 고온계는 절대 0도를 넘는 온도의 모든 물체가 플랭크 공식(Planck's equation)에 따라 온도의 함수로써 전자기 방사선을 방출하는 원리를 기초로 한다. 이 관계를 기초로, 물체의 온도는 자신의 방출된 방사선을 측정한 거리로부터 결정될 것이다. 그러나, 측정될 표면의 스펙트럼 방사율 값이 실제 온도를 계산하기 위해 공지되어야 함에 틀림없다. 보통, 실리콘 웨이퍼는 공정동안 온도 측정 오류를 야기시킬 수 있는 간섭 효과(interference effect)를 통해 웨이퍼의 스펙트럼 방사율을 과감히 변경시킬 수 있는 후부층(backside layer)을 갖는다. 더군다나, 웨이퍼의 방사율은 거치른 후부 표면과 웨이퍼 온도에 의존한다. 모든 이런 결점은 웨이퍼 방사율의 결정 또는 예상하는 것을 어려운 임무가 되게 한다.
고온 측정법을 사용하여 웨이퍼 온도를 정확히 측정하도록 사용되는 한가지 기술은 웨이퍼 방사율 보상(wafer emissivity compensation)을 하는 변형된 단색 고온 측정법(single-color pyrometry)을 포함한다. 이러한 보상을 사용하는 대표적인 종래 고온 측정법 시스템은 종래 기술을 나타낸 도 1에 도시되고, 참조 번호(10)로 나타낸다. 단색 고온계(10)는 고온계의 꼭대기 부분(16)에 연결되는 스파이더 칼라(spider collar)(14)를 갖는 엘리베이터 튜브(elevator tube)(12)(가늠자에게 보이지 않음)를 포함한다. 스파이더 칼라(14)는 몇개의 다리(leg)(18)(예를 들면 세개)를 갖고 웨이퍼(20)를 튜브(12)로부터 소정 거리로 유지한다. 스파이더 칼라(14)는 웨이퍼 에지 온도를 균일하게 제어하기 위해 사용될 에지 링(edge ring)(도시되지 않음)을 부가적으로 포함할 것이다.
고온계 헤드(pyrometer head)(22)는 엘리베이터 튜브(12)의 밑바닥 부분(24)에 연결된다. 고온계 헤드(22)는 광축(26)을 따라 또는 병렬로 방출되고 반사된 광을 받고 웨이퍼(20)에 플래시 방사(flash emission)를 용이하게 하는 광학 시스템(예를 들어 다수의 렌즈와 조리개)을 포함한다. 상기 헤드(22)는 웨이퍼 온도를 결정하기 위해 신호(32)를 프로세서(34)에 전달하는 방사분석 채널(radiometry channel)(28) 및 반사측정 채널(reflectometry channel)(30)과 함께 작동한다.
게다가, 고온 측정법 시스템은 예를 들어, 공급 선(supply line)(40)을 통해 튜브로 질소와 같은 냉각 가스(38)를 주입하기 위해 엘리베이터 튜브(12)에 연결된 출입구(36)를 포함한다. 유리 그릇(bell jar)(도시되지 않음)이 보통 웨이퍼(20)를 가열하는데 사용되면, 웨이퍼의 비-균일한 가열이 발생할 수 있는데, 이로 인해, 웨이퍼의 중심 부분이 주변 부분 보다 더 뜨거워질 수 있다. 엘리베이터 튜브(12)는 웨이퍼에 온도 균일성을 주기 위해 출입구(36)를 거쳐 웨이퍼(20)의 중심 부분에 냉각 가스(38)를 전달한다.
작동 과정에서, 고온 측정법 시스템(10)은 이하의 대표적인 방식으로 웨이퍼 온도를 결정하기 위해 방사분석 채널(28) 및 반사측정 채널(30)을 사용한다. 방사분석 채널(28)은 웨이퍼(20)로부터 방출된 방사선 뿐만 아니라, 유리 그릇(도시되지 않음)으로부터 산란 광선을 발생시킨 방사선과 웨이퍼로부터 반사된 방사선의 강도를 기록한다. 반사측정 채널(30)은 고온계 헤드(22)에 의해 발생된 플래시(flash)와 관련된 반사 강도를 기록한다. 채널(28, 30)은 웨이퍼의 블랙 바디 강도(black body intensity)를 얻기 위해 방사분석 신호에서 산란 광선을 제외시키는 프로세서(34)에 방사율 데이터 및 반사 데이터를 전달한다. 게다가, 프로세서(34)는 방사율이 웨이퍼 반사율의 보수이고, 웨이퍼 방사율을 반사측정 신호로부터 추출하는 것을 추정하여 웨이퍼 방사율을 계산한다. 그 후, 웨이퍼 온도는 웨이퍼 방사율로 블랙 바디 강도를 나눔으로써 프로세서(34)에 의해 계산되거나 결정된다.
종래 기술을 나타낸 도 1에서 불 수 있는 것처럼, 고온계 시스템(10)의 중심 광학 엘리먼트는 고온계 헤드(22)이다. 헤드(22)가 상승된 온도에서 작업재로부터 내부의 컴포넌트를 열적으로 고립시키기 위해, 엘리베이터 튜브(12)의 밑바닥에 장착되기 때문에, 웨이퍼(20)와 헤드(22) 사이의 광학 경로는 예를 들어 약 1미터로 상대적으로 길다. 웨이퍼(20)와 헤드(22) 사이의 상대적으로 긴 분할선은 웨이퍼 법선(wafer normal)과 헤드(22)가 광학 축(26)에 일직선이 되는 것처럼 웨이퍼가 매우 주의깊게 일직선이 되는 것을 요구한다. 상기 축(26)과 관련된 웨이퍼 법선의 작은 각 또는 한쪽으로 치우친 것(offset) 조차도 반사되어 방출된 신호의 강도에 손실을 야기하여, 이로 인해 온도 계산 정확성에 악 영향을 미친다.
예를 들어, 종래 기술을 나타낸 도 2A 및 2B에서 도시되는 것처럼, 웨이퍼(20)가 휘거나 한쪽으로 치우치지(도 2A) 않는다면, 방사선(40)이 헤드(22)에 의해 튜브(12)의 밑바닥(24)에 완전히 모아지는 반면, 휘거나(warpage) 한쪽으로 치우친 웨이퍼(도 2B)는 신호의 손실을 야기하는 반사된 광선(41)을 발생시킬 것이다. 상기 문제를 바로잡기 위하여, 렌즈(42)가 엘리베이터 튜브(12)의 꼭대기 부분(16)에 삽입되고, 종래 기술을 나타낸 도 2C에서 도시되는 것처럼, 이상적으로 렌즈 초점 길이(예를 들어 약 50 mm)인 웨이퍼로부터의 거리로, 예를 들어 스파이더 칼라(14)(도시되지 않음)를 거쳐 적절하게 유지된다. 렌즈(42)는 고온계 헤드(22)로 되돌아오지 않을 어떤 반사된 광선(41)을 다시 모은다(44). 그러므로 렌즈(42)는 휘거나 한쪽으로 치우침으로 인한 반사를 허락하고, 고쳐 매끄럽거나 거치른 후부 웨이퍼를 갖는 고온계의 사용을 용이하게 한다.
렌즈(42)를 갖는 고온계 시스템(10)이 상대적으로 양호한 결과를 제공하지만, 급속 열 공정 제어를 위한 고온 결정 정확성을 제공하기 위하여 고온계에 부가적인 불순물을 제거하고, 향상시키기 위해 기술에서 끊임없이 요구된다.
도 1은 종래 고온계 시스템의 결합된 투시도 및 블록도
도 2A는 작업재로부터의 광선이 상대적으로 일직선이 된 패션(fashion)으로 엘레베이터 튜브에 들어가는, 도 1의 종래 고온계 시스템의 한 부분에 대한 간단한 단면도
도 2B는 작업재로부터의 광선이 상대적으로 비-일직선이 된 패션으로 엘레베이터 튜브에 들어가는, 도 1의 종래 고온계 시스템의 한 부분에 대한 간단한 단면도
도 2C는 작업재로부터의 광선이 상대적으로 비-일직선이 된 패션으로 엘레베이터 튜브에 접근하고 실질적으로 렌즈를 사용하여 일직선이 되는, 도 1의 종래 고온계 시스템의 한 부분에 대한 간단한 단면도
도 3은 본 발명의 한가지 관점에 따른 고온계 시스템의 결합된 투시도 및 블록도
도 4는 본 발명의 또다른 관점에 따른 고온계 시스템과 결합된 유동 방향 장치에 대한 투시도
도 5는 본 발명의 또다른 관점에 따른 고온계 시스템을 위한 엘레베이터 튜브 구조물을 도시하는 단면도
도 6은 본 발명의 또다른 관점에 따른 작업재를 지지하기 위한 엘레베이터 튜브 구조물 및 스파이더 칼라를 도시하는 단면도
이하는 본 발명의 여러 관점에 대한 기본 이해를 제공하기 위하여 간단한 요약을 나타낸다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니고, 본 발명의 확인 키 또는 중대한 엘리먼트나 발명의 관점을 서술한 것도 아니다. 오히려, 요약의 우선 목적은 후에 나타내진 보다 더 자세한 설명의 서두로써, 간단한 형식으로 본 발명의 일부 내용을 나타내는 것이다.
본 발명의 한가지 관점에 따라, 종래 기술과 관련해 몇가지 단점을 극복한 고온계 시스템 및 온도 감지 방법이 공개된다. 특히, 일반적으로 포개어 끼우는 식 배열의 두개의 튜브를 포함한 엘리베이터 튜브를 갖는 고온계가 공개된다. 냉각 가스는 웨이퍼의 한 부분 또는 감지될 작업재를 냉각시키기 위해 튜브 사이의 유동 통로로 주입된다. 분석동안 웨이퍼에/로부터의 방사선이 내부 튜브내에 발생되고 냉각 가스로부터 실질적으로 고립되므로 내부 튜브내의 어떤 가스 성층이 냉각 가스 유동률의 변화와 관계없다. 게다가, 내부 튜브는 실질적으로 내부 성층을 막기 위해 비워질 것이고, 이로 인해, 고온계의 광학 경로가 향상된다.
본 발명의 또다른 관점에 따라서, 고온계 시스템의 밑바닥 부분에 결합된 고온계 헤드와 고온계 시스템의 꼭대기 부분에 결합된 슬리브를 갖는 엘리베이터 튜브를 포함하는 고온계 시스템이 공개된다. 렌즈는 슬리브에 연결되고 작업재에서 고온계 헤드까지 방사선/광선의 초점을 맞출 수 있다. 렌즈는 이들로부터 작업재의 거리에 연관된 초점 길이를 갖는데, 초점 길이는 온도의 함수이다. 렌즈에 연결된 슬리브는 온도 변수에 의한 초점 길이의 변화를 보상하기 위하여 온도가 변함에 따라 렌즈와 작업재 사이의 거리를 변경시키는 열 확장 계수를 갖는다. 따라서, 슬리브와 함께 렌즈는 실질적 신호 손실없이 작업재에서 고온계 헤드까지 광선을 전달할 수 있는데, 이로 인해 고온계 시스템 정확성이 향상된다.
앞서말한 것의 달성과 연관된 목표를 위해, 이하의 설명과 첨부된 도면은 보다 자세하게 특정 도시된 본 발명의 관점 및 방법을 설명한다. 이것들이 표시되었지만 본 발명의 원리내의 다양한 방법들이 사용될 것이다. 본 발명의 다른 관점, 이점 및 새로운 기술이 도면과 함께 고려될 때 본 발명에 대해 이하의 보다 자세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
본 발명은 도면을 참조로 설명될 것인데, 동일 참조 번호가 곳곳에 동일 엘리먼트를 참조로 사용된다. 본 발명은 종래 기술이상의 향상된 고온계 시스템 및 관련된 방법에 대한 것이다.
본 발명의 한가지 관점에서, 종래 엘리베이터 튜브는 이들 사이에 유동 통로(fluid passageway)를 갖는 두개의 중심이 같게 배치된 튜브와 교체된다. 냉각 가스는 튜브들 사이의 유동 통로에 제공되지만 내부 튜브내에는 제공되지 않는데, 이로 인해, 실질적으로 냉각 가스 유동률의 변화와 관련하여 변경되는 내부 튜브내의 가스의 성층을 막는다. 더군다나, 내부 튜브는 광학 경로를 개선하기 위해 내부의 성층을 실질적으로 막기 위하여 유동적으로 밀봉되고 비워질 것이다. 본 발명의 또다른 관점에서, 엘리베이터 튜브의 꼭대기 부분은 렌즈에 연결되는 슬리브를 포함한다. 슬리브는 온도를 넘는 렌즈 초점 길이의 변화를 보상하도록 하는 열 팽창 계수를 갖는데, 이로 인해 고온계 온도 측정의 정확성이 향상된다.
도 3은 본 발명의 하나의 관점에 따라 고온계 시스템(50)을 도시하는 결합된 투시도 및 블록도이다. 어떤 점에서, 고온계 시스템(50)은 종래 기술을 나타낸 도 1의 시스템(10)과 유사하지만; 종래 엘리베이터 튜브(12)는 새로운 타입의 튜브 구조물(52)로 교체된다. 본 발명의 엘리베이터 튜브(52)는 이것의 꼭대기(56)에서 밑바닥(58)까지 연장되는 내부 튜브(54)를 포함한다. 한가지 예에서, 내부 튜브(54)는 튜브(52)의 전체 길이(예를 들어 약 1m)까지 연장된다. 게다가, 엘리베이터 튜브(52)는 도시되는 것처럼, 한가지 예에서 포개어 끼우는 식 타입의 배열로 중심이 같게 내부 튜브(54)를 둘러싸는 외부 튜브(60)를 포함한다. 외부 튜브(60)는 도시되는 것처럼, 또한 꼭대기(62)에서 밑바닥(64)까지 연장되어 내부 튜브(54)와 상호 동일하게 될 것이다.
중심이 같은 특징의 내부 및 외부 튜브(54, 60)는 이들 사이의 유동 통로(65)를 한정한다. 냉각 가스 출입구(66)는 냉각 가스(68)를 가스 선(70)을 거쳐 통로(65)안으로 전달되도록 하기 위하여 외부 튜브(60)에 연결되거나 결합된다. 일반적으로 냉각 가스(68)는 반도체 웨이퍼(20)와 같은 작업재의 다수의 선택된 부분을 냉각시키기 위하여 통로(65)를 거쳐 내부 및 외부 튜브(54, 60)의 꼭대기(56, 62)쪽으로 흐른다. 도 3에 주목하면, 냉각 가스(68)는 어느 정도 중심이 같게 튜브(52)를 나가지만, 유동 방향 장치(fluid direction device)(아래에 보다 저 자세히 의논될 것이다)가 제어된 패션으로 작업재(20)의 다수의 부분에 냉각 가스를 보내기 위해 사용될 것이다.
게다가 고온계 시스템(50)은 엘리베이터 튜브(52)의 꼭대기 부분에 연결되거나 결합된 스파이더 칼라(74)를 포함한다. 예를 들어, 도 3에서, 스파이더 칼라(74)는 외부 튜브(60)의 꼭대기(62)에 연결된다; 그러나, 내부 튜브(54)에도 연결될 수 있는데, 이러한 대안은 본 발명의 관점내에 포함되는 것으로써 고려된다. 스파이더 칼라(74)는 이것과 결합된 수직으로 연장된 핀(78)을 갖는 다수의 팔(76)을 갖는데, 핀(78)의 길이(80)는 작업재(20)와 엘리베이터 튜브(52) 사이의 거리(82)(예를 들어, 약 50mm)를 한정한다.
본 발명의 또다른 관점에 따라서, 도 3의 고온계 시스템(50)은 접근 부분(access portion)(92)을 거쳐 내부 튜브(54)에 연결되거나 결합된 진공 펌프(90)를 포함한다. 튜브의 꼭대기(56) 및 밑바닥(58)에서 내부 튜브(54)를 유동적으로 밀봉함으로써, 진공 펌프(90)가 튜브 밑바닥에 위치된 고온계 헤드(22)를 위한 광학 축(93)을 포함하는 내부 튜브(54)를 비우기 위해 사용될 것이다. 다음, 고온계 헤드(22)가 이산 또는 집적된 컴포넌트로써 방사분석 채널(28), 반사측정 채널(30) 및 프로세서(34)를 포함한 제어 시스템(96)에 실시가능하게 연결된다.
본 발명의 유리한 특징을 평가하기 위하여, 간단한 의견이 본 발명의 발명가에 의해 평가되는 종래 기술의 결점을 간주하여 제공될 것이다. 종래 기술의 엘리베이터 튜브(12)에서, 내부의 냉각 가스는 방사 및 축 온도 기울기를 갖는 가스 기둥(column)을 산출하는데, 기울기는 일정하지 않으므로 가스 볼륨 유동률(gas volume flow rate)의 함수이다. 다음, 온도 기울기는 작업재(20)와 고온계 헤드(22) 사이의 튜브내를 이동하는 광선을 위한 다이나믹한 굴절 기울기의 지수를 야기하는 튜브(12)내의 다이나믹한 가스 밀도 기울기를 야기한다. 튜브의 이 "기울기 지수 렌즈(gradient index lens)"는 방사분석 신호와 반사측정 신호 각각에 대한 왜곡을 야기한다.
몇 가지 예에서, 보상이 튜브의 기울기를 보상하기 위해 제공될 수 있다; 그러나, 가스 유동률이 일정(예를 들어 가스 유동률은 종종 다양한 공정 조건을 적응시키기 위해 변경시킬 것이다)하지 않은 때, 튜브(12)의 가스 밀도 기울기가 변경되고, 튜브의 굴절 기울기의 지수를 바람직하지 않게 변경되도록 야기시키고, 그래서 신호 왜곡에 대한 보상을 매우 어렵거나 불가능하게 한다.
상기 문제에 대한 평가에서, 본 발명의 발명가는 이들 사이의 유동 통로를 갖는 중심이 같은 다중 튜브 엘리베이터 튜브(52)를 갖는 고온계 시스템(50)을 제공한다. 냉각 가스(68)는 유동 통로(65)내로 제공되지만 내부 튜브(54)의 내부는 이것들로부터 유동적으로 고립된다. 그러므로 본 발명의 시스템(50)에서, 내부 튜브(54)내의 주위 환경의 성층은 여전히 발생할 것이지만, 이러한 성층은 냉각 가스 볼륨 유동률의 변화에 대한 함수가 되지 않을 것이다. 그러므로 보상은 이러한 성층으로 인해 제공되므로 성층에 의해 야기된 왜곡이 실질적으로 일정하게 될 것이다.
본 발명의 또다른 관점에 따라서, 진공 펌프(90)는 출입구(92)를 거쳐 튜브의 꼭대기(56) 및 밑바닥(58)에서 유동적으로 밀봉되는 내부 튜브(54)에 연결되거나 결합된다. 진공 펌프(90)는 내부 튜브(54)를 비우게 하는 것이 가능한데, 이로 인해 내부에 진공이 발생된다. 내부 튜브(54)내의 진공으로, 성층이 내부에 존재하지 않는데, 이로 인해 튜브를 통해 고 품질 광학 경로(94)가 만들어진다. 광학 경로에 연관된 성층없이, 방사분석 채널(28) 및 반사측정 채널(30)을 위한 광선 신호는 실질적으로 왜곡을 갖지 않는데, 이로인해, 보상에 대한 요구없이 실질적으로 보다 더 정확한 측정이 가능하다.
도 4를 보면, 유동 방향 장치(fluid direction device)(100)가 본 발명의 또다른 관점에 따라 도시된다. 유동 방향 장치(100)는 예를 들어, 다수의 내부 또는 외부 튜브(54, 60) 및/또는 스파이더 칼라(74)에 연결되는, 엘리베이터 튜브(52)의 꼭대기에 결합된다. 도 4의 예에서, 유동 방향 장치(100)는 절단된 원추형 장치를 포함하고 스파이더 칼라(74)에 연결되며, 부분적으로 냉각을 제공하기 위하여 웨이퍼(20)의 소정 부분(102)에 내부와 외부 튜브(54, 60)의 사이를 흐르는 냉각 가스(68)를 주입하는 것이 가능하다. 본 예에서 유동 방향 장치(100)는 절단되고, 거꾸로된 원뿔로써 도시되지만, 다른 모양 및 구조물이 사용될 것이고, 웨이퍼(20)의 다수의 소정 부분에 냉각 가스를 주입할 수 있는 어떤 이러한 구조물이 본 발명의 관점내에 포함되는 것으로써 고려되는 것을 이해할 것이다.
게다가 도 4에서, 렌즈(104)(예를 들어, 석영 또는 사파이어로 만들어진)는 내부 튜브(54)의 꼭대기 부분(56)에 놓이게 된다. 렌즈(104)는 냉각 가스(68)로부터 내부 튜브(54)의 내부를 유동적으로 고립시키는 것이 가능한데, 이로 인해 내부 튜브내의 어떤 가스 성층이 냉각 가스 유동률의 변화의 함수가 되는 것을 막는다. 게다가, 내부 튜브(54)를 밀봉함으로써, 내부의 어떤 성층을 실질적으로 막기 위해 내부 튜브(54)를 비울 것이다. 게다가 내부 튜브(54)를 밀봉하는 렌즈(104)는 앞에서 의논된 바와 같이 효율적인 방식으로 웨이퍼(20)에서 고온계 헤드(22)까지의 광선/방사선의 초점을 맞추기 위해 이용된다. 웨이퍼(20)와 렌즈(104) 사이의 거리(106)는 렌즈의 초점 길이와 같고 본 예에서, 스파이더 칼라(74)와 결합된 스파이더 팔(76, 78)에 의해 나타내진다.
본 발명의 또다른 관점에 따라서, 엘리베이터 튜브는 이것의 꼭대기 부분에 결합된 슬리브를 포함한다. 이하에 보다 자세히 논의되는 것처럼, 슬리브는 렌즈를 지지하고, 렌즈와 웨이퍼 사이의 거리 또는 온도의 함수로써 작업재를 변경시키는 열 확장 계수를 갖는다. 보다 더 평가되는 것처럼, 이러한 거리의 변화는 온도와 관련하여 변경되는 렌즈 초점 길이의 변화를 보상하게 한다. 상기 방식에서, 렌즈와 함께 슬리브는 온도의 변화에도 불구하고 실질적으로 일정한 방식으로 웨이퍼 아래에서 고온계 헤드까지의 방사선을 표현하기 위해 이용된다.
도 5는 본 발명의 또다른 관점에 따른 엘리베이터 튜브(152)의 단면도이다. 엘리베이터 튜브(152)는 예를 들어, 도 3의 고온계 시스템(50) 또는 요구될 다른 타입의 시스템에서 사용될 것이다. 엘리베이터 튜브(152)는 일부 방식에서 도 3의 튜브(52)와 유사하지만 몇가지 점에서 다르다. 도 5의 엘리베이터 튜브(152)는 튜브의 중간 부분(155)에서 튜브의 밑바닥(158)까지 연장되는 내부 튜브(154)를 포함한다. 한가지 예에서, 내부 튜브(154)는 전체 튜브(152)의 상당한 길이로 연장되지만 요구된 바에 따라 변경될 것이다.
엘리베이터 튜브(152)는 도시되는 것처럼, 포개어 끼우는 식 타입의 배열로 중심이 같게 내부 튜브(154)를 둘러싸는 외부 튜브(160)를 더 포함한다. 외부 튜브(160)는 도시되는 것처럼 꼭대기(162)에서 밑바닥(164)까지 연장된다. 중심이 같은 특징의 내부 및 외부 튜브(154, 160)는 이들 사이의 유동 통로(165)를 한정한다. 냉각 가스 출입구(도시되지 않음)는 예를 들어, 가스 선(도시되지 않음)을 거쳐 냉각 가스(168)를 통로(165)로 전달하기 위해 외부 튜브(160)에 연결되거나 결합된다.
엘리베이터 튜브(152)는 내부 튜브(154)의 중간 부분(155)에 결합되는 슬리브(170)를 더 포함한다. 슬리브(170)는 외부 튜브(160)를 꼭대기 부분(160a)과 밑바닥 부분(160b) 각각으로 분리하는 링 밀봉(174)을 사용하는 밑바닥 부분을 갖는다. 슬리브(170)는 렌즈(104)를 지지하거나 렌즈에 결합된 꼭대기 부분(176)을 더 포함한다.
본 발명의 한가지 대표적인 관점에서, 슬리브(170)는 온도의 변화에 대하여 렌즈(104)와 웨이퍼(20) 사이의 거리(106)(예를 들어 도 4에 도시)를 변경시키는 열 확장 계수를 나타내는 사파이어(Al2O3) 또는 알루미나(비결정질 Al2O3)와 같은 물질을 포함한다. 더욱이, 온도의 변화로 인한 거리(106)의 변화의 정도는 일반적으로 동일한 온도 변화로 인한 렌즈(170) 초점 길이의 변화에 상응한다.
그러므로 온도의 변화(△T)가 렌즈(104)의 초점 길이(△f)의 변화를 야기한다면, 슬리브(170)는 일 때, 거리(106)(△D)를 변경시키는 열 확장 계수를 나타낸다. 상기 방식에서, 렌즈(104)에 의한 웨이퍼(20)에서 고온계 헤드(22)까지의 방사선의 표현이 실질적으로 높은 온도 범위를 넘어 동일한데, 이로 인해 고온계 시스템의 정확성이 향상된다. 사파이어와 알루미나가 슬리브(170)를 위한 대표적인 물질로써 표현되었지만, 이러한 열 확장 계수를 제공하는 어떤 물질이든 사용될 것이고 이러한 물질은 본 발명의 관점내에 포함되는 것으로써 고려된다.
본 예에서, 렌즈(104)로부터의 소정의 거리(106)로 웨이퍼(20)를 지지하는 스파이더 칼라(도시되지 않음)는 온도에 의한 거리의 변화가 하찮게 고려되도록 슬리브(170)(예를 들어, 1:10)의 것보다 실질적으로 더 작은 열 확장 계수를 갖는 석영으로 만들어진다. 대안으로, 본 예는 웨이퍼(20)가 엘리베이터 튜브(152)에 대하여 상대적으로 움직이지 않게 유지되는 동안 실질적 열 확장 계수를 나타내는 슬리브(170)를 도시하지만, 본 발명은 렌즈 초점 길이의 변화를 보상하기 위해 실질적 열 확장 계수를 나타내는 스파이더 칼라 지지 구조물을 사용하는 동안 상대적으로 고정된 위치에서 렌즈(104)를 유지하는 것을 고려한다. 그러나, 이 대안의 해결책은 어떤 실질적 지지 구조물의 이동이 지지물 위에 놓여진 요구된 작업재의 가열 변수를 야기할 것이기 때문에 바람직하지 않을 것이다.
여전히 도 5를 참조하면, 링 밀봉(174)은 엘리베이터 튜브(152)의 여러 부분(154, 160a, 160b, 170)과 함께 연결된 고리모양 밀봉(annular seal)을 포함할 것이다. 더욱이, 본 예에서, 링 밀봉(174)은 내부 튜브(154)와 슬리브(170)와 연결되는 내부 중심이 같은 부분(176) 및 외부 튜브(160a, 160b)의 꼭대기 및 밑바닥 부분 각각에 연결되는 외부 중심이 같은 부분(178)을 포함한다. 링 밀봉(174)은 고리모양 구멍(annular hole)(180)을 더 포함하는데, 앞에 기술된 것처럼, 냉각 가스(168)가 웨이퍼(도시되지 않음)를 부분적으로 냉각시키기 위해 고리모양 구멍(180)을 거쳐 지난다. 대안으로, 링 밀봉 구멍(180)은 요구될 것처럼, 고리모양 밀봉에 대해 다양한 모양 및/또는 사이즈를 갖는 다수의 구멍을 포함할 것이다.
본 발명의 또다른 관점에 따라서, 슬리브(170)는 실질적으로 방사선에 관하여 통과시키지 않거나 방사선에 관하여 최소한으로 확산시킨다. 실질적으로 통과시키지 않거나 확산시키지 않는 슬리브를 만듦에 의해, 다른점에서 렌즈(104)에 의해, 바람직하지 않게 표현될 유리 그릇(도시되지 않음)으로부터의 반사된 광선과 같은 산란 광선이 실질적으로 감소되거나 모두 제거된다. 예를 들어, 슬리브(170)가 사파이어로 구성된다면, 사파이어 슬리브는 슬리브가 HF 또는 등가 용액에 담겨짐으로써 "프로스트(frosted)" 될 것이다. 대안으로, 슬리브(170)의 외부 표면 또는 "OD"는 소정의 완성에 바탕을 둘 것이다. 어떤 적합한 슬리브 물질이 사용될 것이고, 어떤 적합한 프로스팅 공정이 상기 구조물을 달성하기 위해 사용될 것이며 이러한 대안들은 본 발명의 관점내에 포함되는 것으로써 고려된다.
도 6은 앞에서 기술된 것처럼, 슬리브(170)와 스파이더 칼라(74)를 갖는, 도 3의 고온계 시스템(50)과 같은 고온계 시스템의 한 부분으로 도 5의 엘리베이터 튜브(152)에 대한 추가 대표적인 설명을 도시하는 또다른 단면도이다. 게다가, 도 6에서 도시되지 않지만, 유동 방향 구조물(100) 또는 유사한 구조물이 요구되는 바와 같이, 작업재(20)의 부분적으로 냉각된 부분 또는 다수의 부분을 위해 튜브(152)와 함께 사용될 것이다.
본 발명은 특정 관점 및 수단에 대하여 상기 도시 및 기술되었지만, 동일한 대안 및 변경이 이 명세서와 첨부된 도면을 읽고 이해한 다른 숙련된 기술자에 의해 발생할 것이다. 특히, 상기 기술된 컴포넌트(어셈블리, 장치, 회로, 시스템등)에 의해 수행된 다양한 기능에 대하여, 이러한 컴포넌트를 기술하기 위해 사용된 용어("수단"에 대한 참조를 포함)가 공개된 구조물과 구조상으로 동일하지 않지만 기술된 컴포넌트(즉, 기능적으로 동일한)의 특정한 기능을 수행하고, 이하에 발명에 대해 도시된 대표적 수단의 기능을 수행하는 어떤 컴포넌트를 나타낸다면, 상응하도록 의도된다. 이것과 관련하여, 본 발명은 본 발명에 대한 다양한 방법의 단계를 수행하는 컴퓨터 실행가능한 명령을 갖는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하도록 인식될 것이다. 게다가, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 수단중 단지 하나에 대하여 공개되었지만, 이러한 특징이 요구되어 어떤 주어지거나 특정 애플리케이션을 위한 이점이 되도록 다양한 특징을 갖는 다른 수단과 결합될 것이다. 더군다나, 상기 용어 "포함하다", "포함하는", "갖다", "갖는", "가지고 있는" 및 이들의 변형이 자세한 설명이나 청구항에서 사용된다는 점에서, 이런 용어들이 "포함하는" 과 유사하게 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 고온계 시스템에 있어서,
    튜브의 꼭대기에서 밑바닥까지 연장되는 내부 튜브; 및
    포개어 끼우는 식의 배열로 내부 튜브를 둘러싸고, 이것의 꼭대기에서 밑바닥까지 연장되며, 내부 및 외부 튜브 사이의 유동 통로를 한정하는 외부 튜브;
    상기 외부 튜브에 결합되며, 냉각 가스를 유동 통로로 전달할 수 있는 출입구;
    상기 내부 튜브의 밑바닥에 연결되고, 상기 내부 튜브를 통해 방사선을 보내고 받을 수 있는 고온계 헤드; 및
    상기 내부 튜브 또는 외부 튜브의 꼭대기 중 적어도 하나에 연결되고, 작업재를 지지할 수 있는 스파이더 칼라를 포함하는 엘리베이터 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브의 밑바닥은 상기 유동 통로로부터 내부 튜브의 내부를 유동적으로 고립시키기 위해 상기 고온계 헤드에서 유동적으로 밀봉되는 부분인 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 튜브의 꼭대기에 위치되고 이것의 꼭대기에서 내부 튜브의 내부를 실질적으로 유동 고립시키는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 튜브와 외부 튜브중 적어도 하나의 꼭대기에 연관된 유동 방향 장치를 더 포함하는데, 상기 유동 방향 장치는 상기 유동 통로에서 상기 작업재의 소정 부분까지 상기 냉각 가스를 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유동 방향 장치는 베이스 부분(base portion)의 제 1 부분 및 엔드 부분(end portion)의 제 2 부분을 갖는 방사선 통과 절단된 원추형(radiation transparent frustum shaped cone)부분을 포함하는데, 상기 베이스 부분은 상기 스파이더 칼라에 연결되고, 상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분보다 크며, 상기 제 1 부분은 상기 유동 통로에서 상기 원추형 엔드 부분의 상기 제 2 부분에 연관된 웨이퍼 부분까지 냉각 가스를 주입하기에 충분히 큰 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 튜브는 상기 유동 통로로부터 유동적으로 고립되는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부 튜브에 결합된 출입구; 및
    상기 내부 튜브에 결합된 상기 출입구에 연결되고 상기 내부 튜브내에 진공을 발생시키는 진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스파이더 칼라는 상기 외부 튜브의 꼭대기에 연결되는데,;
    상기 내부 튜브의 꼭대기에 연결되는 밑바닥 부분을 갖고 상기 밑바닥 부분에서 꼭대기 부분까지 연장되는 슬리브; 및
    상기 슬리브의 꼭대기 부분에 연결되고 상기 스파이더 칼라에 의해 지지된 때 상기 작업재로부터 소정 거리로 놓이게 되는 렌즈를 더 포함하고,
    상기 슬리브는 온도의 증가로 상기 슬리브를 열적으로 확장되도록 야기하는 열 확장 계수를 갖는데 이로 인해, 상기 렌즈와 상기 작업재 사이의 소정 거리가 변경되고, 상기 렌즈는 온도의 증가로 감소되는 초점 길이를 갖으며, 상기 슬리브는 온도의 변수로 인한 상기 렌즈의 초점 길이의 변화를 위해 소정의 거리에서 보상을 제공하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬리브의 꼭대기 부분은 실질적으로 상기 렌즈의 측면 부분을 덮고, 상기 슬리브는 실질적으로 방사선을 통과시키지 않는데, 이로 인해 렌즈를 벗어나고 상기 엘리베이터 튜브로 반사되는 산란 광선의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    내부 중심이 같은 부분에서 상기 내부 튜브의 꼭대기와 상기 슬리브의 밑바닥 부분 사이에 연결되고, 외부 중심이 같은 부분에서 상기 외부 튜브의 가장 낮은 부분과 가장 윗 부분 사이에 연결되는 링 밀봉을 더 포함하며, 상기 냉각 가스를 지나도록 허락하는 상기 유동 통로에 상응하는 중심 부분에 고리모양 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온계 헤드에 연결되는 프로세서를 더 포함하는데, 상기 프로세서는 방사분석 채널과 반사측정 채널 각각에 결합된 방사 강도 데이터 및 반사율 데이터를 받을 수 있고, 이것에 따라 웨이퍼 온도를 계산할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 반사율 데이터로부터 웨이퍼 방사율을 추출하고 상기 방사 강도 데이터와 상기 웨이퍼 방사율을 사용하여 웨이퍼 온도를 계산할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  13. 고온계 시스템에 있어서,
    상기 고온계 시스템과 연관된 꼭대기 부분과 밑바닥 부분을 갖는 튜브;
    상기 엘리베이터 튜브의 밑바닥 부분에 결합되고, 상기 튜브를 통해 방사선을 보내고 받을 수 있는 고온계 헤드;
    상기 엘리베이터 튜브의 꼭대기 부분에 결합된 슬리브; 및
    상기 슬리브에 연결되고 상기 슬리브로부터 놓인 작업재의 거리에 연관된 초점 길이를 갖는 렌즈를 포함하는데,
    상기 초점 길이는 온도의 함수이고, 상기 슬리브는 열 확장 계수를 갖으며, 상기 슬리브는 온도 변수로 인한 상기 렌즈의 초점 길이의 변화를 보상하기 위하여 온도의 함수로써 열 확장 계수로 인한 상기 렌즈와 상기 작업재 사이의 거리를 변경시키는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 튜브는 엘리베이터 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 튜브의 꼭대기 부분에 연결되는 스파이더 칼라를 더 포함하는데, 상기 스파이더 칼라는 이들 위에 상기 작업재를 지지할 수 있고, 소정의 온도로 상기 작업재로부터 소정 거리의 위치에 상기 렌즈를 보호할 수 있는 다수의 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스파이더 칼라는 실질적으로 상기 슬리브의 것보다 더 작은 열 확장 계수를 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 스파이더 칼라는 석영을 포함하고, 상기 슬리브는 Al2O3을 포함하며, 상기 슬리브의 열 확장 계수는 상기 스파이더 칼라의 것보다 대략 10배 더 큰 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 Al2O3 슬리브는 결정체 Al2O3과 비결정질 Al2O3 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 슬리브는 실질적으로 방사선을 통과시키지 않는데, 이로 인해 상기 렌즈를 벗어나고 상기 엘리베이터 튜브로 반사되는 산란 광선의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 튜브는;
    상기 튜브의 꼭대기에서 밑바닥까지 연장되고 상기 튜브의 꼭대기에 상기 슬리브를 갖는 내부 튜브; 및
    포개지는 식 배열로 상기 내부 튜브와 상기 슬리브를 둘러싸고, 상기 튜브의 꼭대기에서 밑바닥까지 연장되며, 이들 사이의 유동 통로를 한정하는 외부 튜브; 및
    상기 외부 튜브에 결합되고, 냉각 가스를 상기 유동 통로로 전달할 수 있는 출입구를 포함하고,
    상기 고온계 헤드는 상기 내부 튜브의 밑바닥에 연결되고, 상기 내부 튜브를 통해 방사선을 받고 보낼 수 있는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 내부 튜브 또는 외부 튜브의 꼭대기 중 적어도 하나에 연결되고, 상기 렌즈로부터 소정의 거리로 작업재를 지지할 수 있는 스파이더 칼라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브의 밑바닥은 상기 유동 통로로부터 상기 내부 튜브의 내부를 유동적으로 고립시키기 위해 상기 고온계 헤드에서 유동적으로 밀봉되는 부분인 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 슬리브내에 위치되고 상기 내부 튜브의 내부를 실질적으로 유동 고립시키는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 내부 튜브에 결합된 출입구;및
    상기 내부 튜브에 결합된 상기 출입구에 연결될 수 있고, 상기 내부 튜브내에 진공을 발생시킬 수 있는 진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브 중 적어도 하나의 꼭대기에 결합된 유동 방향 장치를 더 포함하는데, 상기 유동 방향 장치는 상기 유동 통로에서 상기 작업재의 소정 부분까지 상기 냉각 가스를 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 유동 방향 장치는 베이스 부분의 제 1 부분 및 엔드 부분의 제 2 부분을 갖는 방사선 통과 절단된 원추형 부분을 포함하는데, 상기 베이스 부분은 상기 스파이더 칼라에 연결되고, 상기 제 1 부분은 상기 제 2 부분 보다 크며, 상기 제 1 부분은 상기 유동 통로에서 상기 원추형 엔드 부분의 상기 제 2 부분에 연관된 웨이퍼 부분까지 냉각 가스를 주입하기에 충분히 큰 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
  27. 제 20 항에 있어서,
    내부 중심이 같은 부분에서 상기 내부 튜브의 꼭대기와 상기 슬리브의 밑바닥 부분 사이에 연결되고, 외부 중심이 같은 부분에서 상기 외부 튜브의 가장 낮은 부분과 가장 윗 부분 사이에 연결되는 링 밀봉을 더 포함하며, 상기 냉각 가스를 지나도록 허락하는 유동 통로에 상응하는 중심 부분에 고리모양 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 고온계 시스템.
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