KR20150107090A - 기판 온도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판의 온도를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급속 열처리 장치에서 가열되는 기판의 온도를 저온 영역에서 정확히 측정하여 기판의 온도 균일성을 확보하기 위한 기판 온도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 기판을 향하여 광을 방출하는 가열 램프; 상기 가열 램프로부터 방출되어 기판을 투과하는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 필터; 상기 필터로부터 필터링된 광의 광량을 측정하는 광량 측정부; 및 상기 광량 측정부에 의해 측정된 광량으로부터 기판의 온도를 산출하는 온도 산출부를 포함한다.

Description

기판 온도 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring substrate temperature}

본 발명은 기판의 온도를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급속 열처리 장치에서 가열되는 기판의 온도를 저온 영역에서 정확히 측정하여 기판의 온도 균일성을 확보하기 위한 기판 온도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 통상적으로 이온 주입, 박막의 증착, 열처리 등의 단위 공정을 수차례 반복함으로써 이루어진다. 이 중에서 열처리 공정은 기판의 열산화, 주입된 이온의 열확산 및 각종 어닐링(annealing) 공정에서 적용된다. 구체적으로, 상기 열처리 공정의 예로는 불순물 이온을 주입한 후의 결정성 회복의 어닐링, 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)의 접촉 특성과 실리콘(Si) 및 실리콘 산화막(SiO₂)의 계면 특성 향상을 위한 어닐링, 실리사이드(Silicide) 형성을 위한 소결(sintering) 등이 있다.

이러한 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치로는 퍼니스(furnace) 및 급속 열처리(Rapid Thermal Process, RTP) 장치가 있다. 특히, 급속 열처리 장치는 고온을 사용해서 원하는 효과를 얻음과 동시에 짧은 시간(보통 수십 초에서 수 분 정도) 동안에 열처리 공정이 진행되므로 불순물이 발생되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있어 열처리 공정에 널리 사용되고 있다

열처리 장치는 텅스텐 할로겐 램프(파장 범위 0.8㎛~4㎛)와 같은 가열 램프를 이용하여 실리콘 기판에 열을 공급하고 이때 기판의 온도(에너지 상태)를 온도 측정 장치를 통하여 측정한다. 측정된 값을 가열 제어기에서 피드백 받아 가열 램프를 제어해주는 장치이다.

도 1은 종래의 온도 측정 장치에서 측정되는 기판의 온도와 실제 온도의 차이를 도시하는 도면이다. 도 1에서 점선으로 도시된 곡선(10)은 가열 과정에 따른 기판의 실제 온도의 변화를 나타내며, 실선으로 도시된 곡선(20)은 종래의 온도 측정 장치로부터 측정되는 온도의 변화를 나타낸다. 종래의 급속 열처리 장치는 챔버 내에 기판이 안착된 상태에서 다수의 가열 램프를 통하여 열처리가 이루어지고 기판의 온도는 파이로미터 등의 온도 측정 장치를 통하여 비접촉 방식으로 측정된다.

온도 측정 장치는 기판으로부터 방출되는 복사 에너지를 집광하여, 흑체 복사 온도 관계를 바탕으로 기판의 온도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있다. 상기 온도 측정 장치에서 측정된 온도는 가열 제어부를 통해 가열 램프로 피드백되어 상기 가열 램프에 대한 온도 제어가 이루어진다.

한편, 급속 열처리 장치의 온도 측정 장치는 0.9㎛ ~ 1.1㎛의 파장 대역을 이용하여 온도를 측정하고, 그 측정 영역은 450℃~1250℃ 정도이다. 그런데, 0.9㎛ ~ 1.1㎛의 파장 대역을 이용하는 온도 측정 장치에서 측정되는 기판의 광 투과도(transmittance)는 기판의 온도에 의존하는 특성을 가진다. 예컨대 25℃(상온)에서의 기판의 광 투과도는 0.6 정도이며, 500℃ 이상에서는 0(불투명)의 광 투과도를 가진다.

즉, 실리콘 재질 기판의 물질 특정상 저온 영역에서 빛을 투과하는 특성이 있고 이로 인하여 기판의 온도가 450℃ 미만일 경우(A 영역), 가열 램프의 광의 일부가 기판을 투과하게 된다. 따라서 저온 기판의 경우 가열 램프의 광의 일부가 기판을 투과하게 되어, 온도 측정 장치가 정확한 기판만의 온도를 측정하지 못하고 온도 측정 에러가 생기게 된다. 즉, 기판의 온도가 450℃ 미만인 경우에는, 기판 자체에서 발생되는 광량뿐만 아니라 기판을 통과하는 가열 램프의 광량이 온도 측정 장치에서 더해져 측정된다. 이러한 이유 때문에 현재의 열처리 장치의 경우 450℃ 미만의 저온 영역에서는 기판의 정확한 온도를 측정하지 못해 저온 급속 열처리 공정을 처리하지 못하고 있다. 다시 말해, 기판의 온도가 450℃ 미만인 경우에는, 온도 측정 장치로부터 측정된 온도를 가열 제어부로 피드백하여 온도를 제어할 수 없고 가열 제어부에서 임의의 출력을 가열 램프에 가하여 기판을 가열하며, 이때 기판 온도의 불균일이 발생되고 그 로인하여 기판의 휘어짐 혹은 깨짐이 발생할 수 있다.

KR 10-0974013 B1

본 발명은 저온 영역에서 기판의 온도를 정확히 측정하기 위한 기판 온도 측정 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 측정된 기판의 온도를 피드백하여 가열 램프로부터 방출되는 광량을 실시간으로 제어할 수 있는 기판 온도 측정 장치 및 방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 온도 측정 장치는,

기판을 향하여 광을 방출하는 가열 램프; 상기 가열 램프로부터 방출되어 기판을 투과하는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 필터; 상기 필터로부터 필터링된 광의 광량을 측정하는 광량 측정부; 및 상기 광량 측정부에 의해 측정된 광량으로부터 기판의 온도를 산출하는 온도 산출부를 포함하고,

상기 기판의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터가 저장되는 데이터부를 더 포함할 수 있으며,

상기 필터는 상기 기판을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링할 수 있으며,

상기 온도 산출부는 파장 대역별로 측정된 광량의 차이로부터 기판의 온도를 산출할 수 있으며,

상기 온도 산출부는 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 설정 범위 이내인 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량으로부터 기판의 온도를 산출할 수 있으며,

상기 필터는 2㎛ 이하의 파장 대역을 필터링할 수 있으며,

상기 온도 산출부로부터 산출되는 기판의 온도는 450℃ 이하일 수 있으며,

상기 온도 산출부로부터 산출된 기판의 온도를 이용하여 상기 가열 램프를 제어하는 가열 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 온도 측정 방법은,

기판을 향하여 광을 방출하는 과정; 상기 기판으로부터 투과되는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 과정; 상기 필터링된 광의 광량을 측정하는 과정; 및 상기 측정된 광량을 미리 저장되어 있는 기판의 온도별 파장에 따른 광량의 데이터와 대비하여 기판의 온도를 산출하는 과정을 포함하고,

상기 필터링하는 과정은 상기 기판을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하고, 상기 기판의 온도를 산출하는 과정은 파장 대역별로 측정된 광량의 차이를 상기 데이터와 대비하여 상기 기판의 온도를 산출할 수 있으며,

상기 기판의 온도를 산출하는 과정은 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 설정 범위 이내인 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량을 상기 데이터와 대비하여 기판의 온도를 산출할 수 있으며,

상기 산출된 기판의 온도를 이용하여 기판을 향하여 방출되는 광을 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 기판 온도 측정 장치 및 방법에 의하면, 가열 램프로부터 방출되어 기판을 투과하는 광의 광량으로부터 기판의 온도를 측정함으로써, 저온 영역에서도 기판의 온도를 정확하게 측정하고 제어할 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, 가열 램프로부터 방출되어 기판을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하고 각 파장 대역별로 측정된 광량의 차이 값으로부터 기판의 온도를 산출하여 기판으로부터 가열 램프의 거리, 가열 램프가 방출하는 광의 세기 및 기판이 흡수하여 복사하는 광의 광량 등에 의하여 측정 오차가 발생하는 것을 최소화 할 수 있다.

뿐만 아니라, 파장 대역별로 측정된 광량의 차이에 의하여 기판의 정확한 온도를 구별하기 어려운 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량으로부터 기판의 온도를 산출함으로써 공정 변수에 따른 오차 발생을 최소화함과 동시에 명확하게 구분되는 파장 대역별 광량 차이로부터 정확한 기판의 온도를 산출할 수 있는 현저한 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 기판 온도 측정 장치 및 방법에 의하여 저온 영역에서 기판의 온도를 정확하게 산출하고 상기 산출된 기판 온도를 기반으로 가열 램프에 인가되는 전력을 제어함으로써, 저온 영역에서도 기판의 온도를 폐루프(closed loop) 방식으로 제어할 수 있게 되고, 기판의 온도 균일도를 확보할 수 있게 되어 기판의 파손을 방지하고, 저온 열처리 공정의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 온도 측정 장치에서 측정되는 기판의 온도와 실제 온도의 차이를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치를 개략적으로 도시하는 구성도.
도 3은 기판의 온도별 파장에 따른 투과 광량을 도시하는 도면.
도 4는 기판을 투과하는 광을 하나의 파장 대역으로 필터링하는 모습을 도시하는 도면.
도 5는 기판을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하는 모습을 도시하는 도면.
도 6는 기판을 투과하는 광이 파장 대역에 따라 필터링된 모습을 도시하는 도면.

본 발명에 따른 기판 온도 측정 장치 및 방법은 급속 열처리 장치에서 가열되는 기판의 온도를 저온 영역에서 정확히 측정하여 기판의 온도 균일성을 확보할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치를 개략적으로 도시하는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 기판(S)을 향하여 광을 방출하는 가열 램프(100); 상기 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 필터(200); 상기 필터(200)로부터 필터링된 광의 광량을 측정하는 광량 측정부(300); 및 상기 광량 측정부(300)에 의해 측정된 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출하는 온도 산출부(400)를 포함한다.

가열 램프(100)는 벌브(bulb) 타입 또는 리니어(linear) 타입으로 방사상의 다수의 존으로 배열된다. 상기 가열 램프(100)는 텅스텐 할로겐 램프 또는 아크 램프 등으로 구현될 수 있으며, 가시광선 및 적외선 형태로서 광을 방출하여 기판(S)을 가열한다. 가열 램프(100)는 기판(S)에 광을 방출하여 가열하기 위한 다양한 구성을 갖는 공지된 가열 램프(100)를 사용할 수 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

필터(200)는 상기 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 파장 대역에 따라 필터링한다. 상기 필터(200)는 기판(S)을 투과하는 광을 일정 파장 대역에 대하여 통과시키고 이를 제외한 나머지 파장 대역에 대하여 소거하는 대역 통과 필터일 수 있으며, 2㎛ 이하의 파장 범위에서 기판(S)을 투과하는 광을 하나 또는 복수의 파장 대역으로 필터링하는 대역 통과 필터일 수 있다.

종래의 기판 온도 측정 장치의 경우, 450℃ 이하의 저온 영역에서 기판(S)의 온도를 측정하기 위하여 기판(S)이 방출하는 5㎛ 내지 15㎛의 장파장 대역의 복사 에너지를 측정하여 온도로 변환하여 산출하였다. 그러나, 450℃ 이상의 고온 영역에서는 2㎛ 이하의 파장 대역을 이용하여 기판(S)의 온도를 측정하게 되므로, 저온 및 고온 기판(S)의 온도를 모두 측정하기 위하여는 상기 기판(S)의 온도에 따라 파장 대역의 범위를 다르게 하는 복수의 소자를 사용하여 온도를 측정하여야 하였다.

본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 기판(S)을 투과하는 광을 2㎛ 이하의 파장 대역으로 필터링하여 기판(S)의 온도를 측정함으로써 450℃ 이하의 저온 영역에서는 기판(S)을 투과하는 광의 광량을 측정하여 온도를 산출할 수 있으며, 450℃ 이상의 고온 영역에서는 기존의 온도 측정 방법에 따라 기판(S)의 불투명 상태에서 기판(S)이 복사하는 광의 광량을 측정하여 온도를 산출함으로써 저온 기판에서부터 고온 기판까지 하나의 소자를 이용하여 온도를 측정하고 제어할 수 있다.

또한, 상기 필터(200)는 2㎛ 이하의 파장 대역 범위에서 하나 이상의 파장 대역을 선택하여 필터링하는 필터(200)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 필터(200)는 1.1㎛ 및 1.2㎛의 파장 대역을 각각 필터링하거나 1.2㎛ 및 1.3㎛의 파장 대역을 각각 필터링할 수 있으며, 필터링하는 파장 대역 범위가 1.1㎛로부터 1.3㎛까지 연장된 필터(200)를 이용할 수도 있다. 이와 같은 필터(200)에서 필터링하는 파장 대역은 필터링 재료에 의해서 결정되는데, 사파이어나 quartz 등의 투명한 기판에 원하는 소정의 파장 대역에 대응하는 다양한 dieletric 물질을 코팅하여 제작할 수 있고, 본 발명에서 구체적인 물질에 한정되지는 아니한다.

광량 측정부(300)는 필터링된 광의 광량을 측정한다. 즉, 상기 광량 측정부(300)는 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광으로부터 필터링된 2㎛ 이하의 파장을 측정하여 광량을 산출한다. 물체에서 방출되는 빛을 이용하여 온도를 읽는 것은 아래의 흑체 복사 이론 식을 이용하며 그 과정은 널리 알려진 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

온도 산출부(400)는 상기 광량 측정부(300)에 의해 측정된 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출한다. 1㎛ 내지 2㎛ 이하의 파장 대역에서 기판(S)의 광 투과도는 기판(S)의 온도에 의존하는 특성을 갖는다. 예를 들어, 25℃의 상온에서 실리콘 기판(S)의 광 투과도는 약 0.6 정도이며, 약 450℃ 이상에서는 불투명 상태인 0에 가까운 광 투과도를 갖게 된다. 즉, 1㎛ 내지 2㎛ 이하의 파장 대역에서 기판(S)의 온도는 기판(S)의 광 투과도에 반비례하며, 상기 기판(S)의 광 투과도는 기판(S)을 투과하는 광의 광량에 비례한다. 따라서, 온도 산출부(400)는 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광의 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출할 수 있게 된다. 이하에서는 온도에 따라 투과율이 변하는 실리콘 기판을 예로 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 광 투과도가 온도에 의존하는 모든 종류의 기판에 대하여 본 발명의 적용이 가능함은 물론이다.

이하에서, 온도 산출부(400)가 기판(S)을 투과하는 광의 광량으로부터 기판(S)의 온도를 측정하는 과정에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 기판의 온도별 파장에 따른 투과 광량을 도시하는 도면이고, 도 4 및 도 5는 기판을 투과하는 광을 하나 또는 복수의 파장 대역으로 필터링하는 모습을 각각 도시하는 도면이다. 또한, 도 6은 기판을 투과하는 광이 파장 대역에 따라 필터링된 모습을 도시하는 도면이다. 도 4 및 도 5에서 도면 부호 200은 기판(S)을 투과하는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 대역 통과 필터를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 450℃ 이하의 저온 영역에서 기판(S)의 온도는 특정 파장 대역에서 일정한 경향성을 나타내는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 100℃의 기판(S)의 경우 가열 램프(100)로부터 기판(S)을 투과하는 광은 1.1㎛의 파장 대역에서 약 0.17(a.u)의 광량을 가지며, 1.2㎛의 파장 대역에서 약 0.43(a.u)의 광량을 가진다. 즉, 일정 파장 대역에서 기판(S)을 투과하는 광의 광량은 온도로 대변되므로, 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광의 광량을 1.1㎛의 파장 대역에서 필터링한 값이 0.17(a.u)로 측정되는 경우 기판(S)의 온도는 100℃인 것으로 산출될 수 있다(도 4 참조).

본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 기판(S)을 투과하는 광의 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출하는바, 이를 위하여 상기 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터가 저장되는 데이터부(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 데이터부(500)는 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터를 저장하고 있어, 온도 측정부는 상기 데이터의 광량을 광량 측정부(300)로부터 측정된 투과 광의 광량과 비교하여 기판(S)의 온도를 산출할 수 있게 된다. 상기 데이터부(500)에 저장되는 데이터는 가열 램프(100)가 방출하는 광의 광량을 기판을 거치지 않고 직접 측정한 데이터를 포함할 수 있으며, 상기 가열 램프(100) 자체의 광량 데이터와 기판(S)의 온도별 투과율에 따라 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터를 포함할 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 상기와 같이 하나의 파장 대역에 대하여 기판(S)을 투과하는 광의 광량으로부터 저온 영역의 기판(S)의 온도를 산출할 수 있으나, 바람직하게는 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 필터(200)에 의하여 복수의 파장 대역으로 필터링하고, 온도 측정부는 각 파장 대역별로 측정된 광량의 차이로부터 기판(S)의 온도를 산출할 수 있다.

하나의 파장 대역에 대하여 기판(S)을 투과하는 광의 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출하는 경우, 기판(S)으로부터의 가열 램프(100)의 거리, 가열 램프(100)가 방출하는 광의 세기 및 기판(S)이 흡수하여 복사하는 광의 광량 등에 의하여 광량 측정부(300)로부터 측정되는 광량에 오차가 발생할 수 있는 여지가 있어, 별도의 복잡한 오차 보정 과정을 거쳐야 한다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 필터(200)에 의하여 복수의 파장 대역으로 필터링하고, 온도 측정부가 각 파장 대역별로 측정된 광량의 차이로부터 기판(S)의 온도를 산출함으로써 별도의 오차 보정 수단 없이도 상기와 같은 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

예를 들면, 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 1.1㎛의 파장 대역과 1.2㎛ 파장 대역으로 필터링하고, 각각의 파장 대역별로 측정된 광량의 차이 값 즉, 1.1㎛의 파장 대역의 광량과 1.2㎛ 파장 대역의 광량 차 또는 1.1㎛의 파장 대역의 광량과 1.2㎛ 파장 대역의 광량 비를 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터의 광량 차 또는 광량 비와 각각 비교하여 이에 대응하는 기판(S)의 온도를 산출할 수 있게 된다.

상기와 같이 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하고 각 파장 대역별로 측정된 광량의 차이 값으로부터 기판(S)의 온도를 산출하게 되면, 기판(S)으로부터 가열 램프(100)의 거리, 가열 램프(100)가 방출하는 광의 세기 및 기판(S)이 흡수하여 복사하는 광의 광량 등에 의하여 발생하는 각각의 파장 대역별의 오차가 상쇄되고, 이에 의하여 저온 영역의 기판(S)의 온도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 복수의 파장 대역에 따른 광량의 차이로부터 기판(S)의 온도 산출시 상기 온도 산출부(400)는 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 설정 범위 이내인 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출할 수 있다.

서로 다른 파장 대역에서 광량의 차이 값이 매우 작은 경우에는 이러한 광량의 차이에 의하여 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터로부터 기판(S)의 온도를 정확하게 구별하기가 쉽지 않다. 예를 들어, 기판(S)의 투과도가 1인 완전 투명 기판의 경우와 기판(S)의 투과도가 0인 완전 불투명 기판의 경우를 가정하면, 광량의 차이 값 즉, 광량 차는 모두 0이 되고, 광량 비는 모두 1이 된다. 이러한 경우는 각 파장 대역의 광량의 차이에 의하여 기판(S)의 온도를 정확하게 산출하기 어렵다.

따라서, 상기 온도 측정부는 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 사용자가 미리 설정한 설정 범위 이내인 경우 임의로 선택된 하나의 파장 대역의 광량으로부터 기판(S)의 온도를 산출할 수 있다. 이에 의하여 기판(S)으로부터 가열 램프(100)의 거리, 가열 램프(100)가 방출하는 광의 세기 및 기판(S)이 흡수하여 복사하는 광의 광량 등의 요인에 의한 오차 발생을 최소화하면서 동시에 명확하게 구분되는 파장 대역별 광량 차이로부터 정확한 기판(S)의 온도를 산출할 수 있게 된다.

바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 장치는 상기 온도 산출부(400)로부터 산출된 기판(S)의 온도를 이용하여 가열 램프(100)를 제어하는 가열 제어부(600)를 더 포함할 수 있다. 가열 제어부(600)는 온도 산출부(400)에 의하여 산출된 기판(S)의 온도를 이용하여 상기 가열 램프(100)를 피드백 제어한다.

온도 산출부(400)에 의하여 기판(S)의 온도를 정확하게 산출하고, 상기 산출된 기판(S) 온도를 기반으로 가열 램프(100)에 인가되는 피드백 제어함으로써 기판(S)의 온도를 저온 영역에서도 가열 램프(100)에 귀환 신호를 보내지 않는 오픈 루프(open loop) 방식이 아닌 폐루프(closed loop) 방식으로 제어할 수 있게 되고, 기판(S)의 온도 균일도를 확보할 수 있게 되어 온도 불균일성으로 인한 기판(S)의 파손을 방지하고, 메탈 실리사이드(silicide)와 같은 저온 열처리 공정의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 방법에 대하여 상세히 설명한다. 상기의 기판 온도 측정 방법과 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 방법은 기판(S)을 향하여 광을 방출하는 과정; 상기 기판(S)으로부터 투과되는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 과정; 상기 필터링된 광의 광량을 측정하는 과정; 및 상기 측정된 광량을 미리 저장되어 있는 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량의 데이터와 대비하여 기판(S)의 온도를 산출하는 과정을 포함한다.

급속 열처리 공정에서 기판(S)을 가열하기 위하여 가열 램프(100)로부터 광이 방출되면, 필터(200)는 상기 기판(S)으로부터 투과되는 광을 파장 대역에 따라 필터링한다. 여기서, 상기 필터(200)는 기판(S)으로부터 투과되는 광을 2㎛ 이하의 범위에서 하나의 파장 대역에 따라 필터링할 수 있으며, 광량 측정부(300)는 위와 같이 하나의 파장 대역에 따라 필터링된 광의 광량을 측정한다. 이후, 온도 산출부(400)는 상기 측정된 광량을 미리 저장되어 있는 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량의 데이터와 대비하여 저온 영역의 기판(S)의 온도를 산출할 수 있게 된다. 여기서, 온도별 파장에 따른 광량의 데이터는 가열 램프(100)가 방출하는 광의 광량을 기판을 거치지 않고 직접 측정한 데이터를 포함할 수 있으며, 가열 램프(100) 자체의 광량 데이터와 기판(S)의 온도별 투과율에 따라 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터를 포함할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 방법에서 상기 기판(S)으로부터 투과되는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 과정은 기판(S)을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하고, 상기 기판(S)의 온도를 산출하는 과정은 파장 대역별로 측정된 광량의 차이를 미리 저장되어 있는 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량의 데이터와 대비하여 기판(S)의 온도를 산출할 수 있다.

상기와 같이, 가열 램프(100)로부터 방출되어 기판(S)을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하고, 각 파장 대역별로 측정된 광량의 차이 값으로부터 기판(S)의 온도를 산출하게 되면, 기판(S)으로부터 가열 램프(100)의 거리, 가열 램프(100)가 방출하는 광의 세기 및 기판(S)이 흡수하여 복사하는 광의 광량 등에 의하여 발생하는 각각의 파장 대역별의 오차가 상쇄되고, 이에 의하여 저온 영역의 기판(S)의 온도를 정확하게 측정할 수 있음은 전술한 바와 같다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 방법에서 기판(S)의 온도를 산출하는 과정은 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 사용자가 설정한 범위 이내인 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량을 기판(S)의 온도별 파장에 따른 광량의 데이터와 대비하여 기판(S)의 온도를 산출함으로써, 공정 변수에 따른 오차 발생을 최소화함과 동시에 명확하게 구분되는 파장 대역별 광량 차이로부터 정확한 기판(S)의 온도를 산출할 수 있는 현저한 효과가 있다.

바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 기판 온도 측정 방법은 상기의 과정에 의하여 산출된 기판(S)의 온도를 이용하여 가열 램프(100)로부터 방출되는 광을 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다. 저온 영역에서 기판(S)의 온도를 정확하게 산출하고, 상기 산출된 기판(S) 온도를 기반으로 가열 램프(100)에 인가되는 전력을 제어함으로써, 저온 영역에서도 기판(S)의 온도를 폐루프(closed loop) 방식으로 제어할 수 있게 되고, 기판(S)의 온도 균일도를 확보할 수 있게 되어 기판(S)의 파손을 방지하고, 저온 열처리 공정의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

상기에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

100: 가열 램프 200: 필터
300: 광량 측정부 400: 온도 산출부
500: 데이터부 600: 가열 제어부

Claims (12)

1. 기판을 향하여 광을 방출하는 가열 램프;
   상기 가열 램프로부터 방출되어 기판을 투과하는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 필터;
   상기 필터로부터 필터링된 광의 광량을 측정하는 광량 측정부; 및
   상기 광량 측정부에 의해 측정된 광량으로부터 기판의 온도를 산출하는 온도 산출부를 포함하는 기판 온도 측정 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기판의 온도별 파장에 따른 광량에 대한 데이터가 저장되는 데이터부를 더 포함하는 기판 온도 측정 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터는 상기 기판을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하는 기판 온도 측정 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 온도 산출부는 파장 대역별로 측정된 광량의 차이로부터 기판의 온도를 산출하는 기판 온도 측정 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 온도 산출부는 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 설정 범위 이내인 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량으로부터 기판의 온도를 산출하는 기판 온도 측정 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터는 2㎛ 이하의 파장 대역을 필터링하는 기판 온도 측정 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 온도 산출부로부터 산출되는 기판의 온도는 450℃ 이하인 기판 온도 측정 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 온도 산출부로부터 산출된 기판의 온도를 이용하여 상기 가열 램프를 제어하는 가열 제어부를 더 포함하는 급속 열처리 장치의 기판 온도 측정 장치.
   
9. 기판을 향하여 광을 방출하는 과정;
   상기 기판으로부터 투과되는 광을 파장 대역에 따라 필터링하는 과정;
   상기 필터링된 광의 광량을 측정하는 과정; 및
   상기 측정된 광량을 미리 저장되어 있는 기판의 온도별 파장에 따른 광량의 데이터와 대비하여 기판의 온도를 산출하는 과정을 포함하는 기판 온도 측정 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 필터링하는 과정은 상기 기판을 투과하는 광을 복수의 파장 대역으로 필터링하고,
    상기 기판의 온도를 산출하는 과정은 파장 대역별로 측정된 광량의 차이를 상기 데이터와 대비하여 상기 기판의 온도를 산출하는 기판 온도 측정 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판의 온도를 산출하는 과정은 파장 대역별로 측정된 광량의 차이가 설정 범위 이내인 경우 선택된 하나의 파장 대역의 광량을 상기 데이터와 대비하여 기판의 온도를 산출하는 기판 온도 측정 방법.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 산출된 기판의 온도를 이용하여 기판을 향하여 방출되는 광을 제어하는 과정을 더 포함하는 급속 열처리 장치의 기판 온도 측정 방법.
    

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