KR20160138194A - 적외선을 사용하는 반도체 작업물들의 온도 측정 및 교정을 위한 기술 - Google Patents
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Abstract
프로세싱 챔버 내의 작업물의 온도를 측정하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 개시된다. 실리콘이 적외선 대역에서 매우 낮은 방사율을 가지기 때문에, 코팅이 작업물의 적어도 일 부분 상에 배치된다. 이러한 코팅은 흑연이거나 또는 용이하게 도포될 수 있는 임의의 다른 재료일 수 있으며, 적외선 스펙트럼 내의 온도에 걸쳐서 상대적으로 일정한 방사율을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 흑연의 코팅이 작업물의 일 부분에 도포되며, 이는 코팅의 온도를 관찰함으로써 작업물의 온도가 측정되는 것을 가능하게 한다. 이러한 기술은, 프로세싱 챔버를 교정하거나, 프로세싱 챔버 내의 동작 조건들을 검증하거나, 또는 제조 프로세스를 전개하기 위하여 사용될 수 있다.
Description
본 출원은 2014년 03월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제14/228,802호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 개시내용이 참조로서 본원에 통합된다.
기술분야
본 개시는 작업물들의 온도 측정에 관한 것으로서, 더 구체적으로 적외선 센서들을 사용하는 실리콘 작업물들의 온도 측정들에 관한 것이다.
이온 주입은 전도성-변경 불순물들을 작업물 내로 도입하기 위한 표준 기술이다. 희망되는 불순물 재료가 이온 소스 내에서 이온화되며, 이온들이 미리 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위하여 가속되고, 이온 빔이 작업물의 표면으로 보내진다. 빔 내의 활성 이온들이 대부분의 작업물 재료 내로 침투하며, 희망되는 전도성의 영역을 형성하기 위하여 작업물 재료의 결정 격자 내에 내장된다.
최근에, 100°C 이상과 같은 고온 주입들이 전망을 보여주었다. 예를 들어, FinFET 비정질화 주입들은 100°C를 초과하는 온도들에서 수행될 때 단결정 재성장을 위한 가능성을 보여주었다. 이러한 언급된 온도들은 작업물 그 자체의 온도들이다. 작업물 온도 측정을 위한 기술들은 프로세싱 환경의 요건들에 의해 제한된다. 예를 들어, 작업물에 부착된 열전대들이 비실용적이다. 대안적으로, 플래튼에 장착된 열전대들은, 플래튼과 작업물 사이에 양호한 열적 접촉을 수립하는 것과 연관된 문제들에 기인하여 플래튼의 온도가 작업물의 온도와 상이할 수 있기 때문에, 사용이 제한된다. 추가적으로, 실리콘의 광학적 속성들이 일반적인 적외선 기술들의 적용을 어렵게 만들거나 또는 불가능하게 만든다.
따라서, 프로세싱 챔버 내의 작업물의 온도의 측정 및 교정을 가능하게 하는 임의의 방법이 유익할 것이다.
프로세싱 챔버 내의 작업물의 온도를 측정하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 개시된다. 실리콘이 적외선 대역에서 매우 낮은 방사율을 가지기 때문에, 코팅이 작업물의 적어도 일 부분 상에 배치된다. 이러한 코팅은 탄소 기반이거나 또는 용이하게 도포(apply)될 수 있는 임의의 다른 재료일 수 있으며, 적외선 스펙트럼 내의 관심이 있는 온도 범위에 걸쳐서 상대적으로 일정한 방사율을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 탄소의 코팅이 작업물의 일 부분에 도포되며, 이는 코팅의 온도를 관찰함으로써 작업물의 온도가 측정되는 것을 가능하게 한다. 이러한 기술은, 프로세싱 챔버를 교정하거나, 프로세싱 챔버 내의 동작 상태들을 검증하거나, 또는 제조 프로세스를 전개(develop)하기 위하여 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세싱 시스템이 개시된다. 프로세싱 시스템은, 플래튼; 플래튼 상에 배치된 교정 작업물; 교정 작업물의 온도를 결정하기 위하여 적외선 스펙트럼을 내의 파장들의 범위를 사용하는 IR 카메라; 및 교정 작업물의 상부 표면의 일 부분 상에 배치된 코팅을 포함하며, 코팅은 파장들의 범위에서 온도들의 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는다.
제 2 실시예에 따르면, 작업물 프로세스를 교정하는 방법이 개시된다. 방법은, 프로세스 챔버 내의 가열된 플래튼을 100°C보다 더 큰 상승된 온도로 유지하는 단계; 교정 작업물을 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계로서, 교정 작업물은 그것의 상부 표면의 일 부분 상에 코팅을 포함하며, 코팅은 희망되는 온도 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는, 단계; 교정 작업물을 가열된 플래튼 상에 위치시키는 단계; IR 카메라를 그 부분에 포커싱함으로써 시간에 걸쳐 교정 작업물의 온도를 모니터링하는 단계; 및 교정 작업물이 미리 결정된 온도에 도달하는 시간을 기록하는 단계를 포함한다. 추가적인 실시예에 있어서, 방법은, 기록하는 단계 이후에 작업물을 프로세싱하는 단계를 더 포함하며, 프로세싱하는 단계는, 작업물을 가열된 플래튼 상에 위치시키는 단계; 미리 결정된 시간의 양을 대기하는 단계; 및 대기하는 단계 이후에 작업물을 프로세싱하는 단계로서, 미리 결정된 시간의 양은 교정 작업물이 미리 결정된 온도에 도달하는 기록된 시간에 기초하여 결정되는, 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 작업물 제조 프로세스를 검증하는 방법이 개시된다. 방법은, 제 1 작업물을 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계; 제 1 작업물을 프로세스 챔버 내의 가열된 플래튼 상에 배치하는 단계로서, 가열된 플래튼은 100°C보다 더 큰 상승된 온도인, 단계; 가열된 플래튼 상에 있는 동안 제 1 작업물을 프로세싱하는 단계; 교정 작업물을 제 1 작업물이 도입되었던 것과 동일한 방식으로 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계로서, 교정 작업물은 그것의 상부 표면의 일 부분 상에 코팅을 포함하며, 코팅은 희망되는 온도 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는, 단계; 코팅을 갖는 부분에 포커싱된 IR 카메라를 사용하여 교정 작업물의 온도를 측정하는 단계; 및 온도가 용인가능한 범위 내에 있는지를 검증하는 단계를 포함한다. 추가적인 실시예에 있어서, 방법은, 온도가 용인가능한 범위 내에 있는지를 검증하는 단계 이후에 제 2 작업물을 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계; 제 2 작업물을 프로세스 챔버 내의 가열된 플래튼 상에 배치하는 단계; 및 가열된 플래튼 상에 있는 동안 제 2 작업물을 프로세싱하는 단계를 더 포함한다. 다른 추가적인 실시예에 있어서, 방법은, 온도가 용인가능한 범위 내에 있지 않는 경우 교정 액션을 수행하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 상승된 온도에서 작업물을 프로세싱하는 방법이 개시된다. 방법은, 작업물의 상부 표면의 제 1 부분에 코팅을 도포하는 단계로서, 코팅은 희망되는 온도 범위에 대하여 거의 일정한 방사율을 갖는, 단계; 작업물을 가열된 플래튼 상에 위치시키는 단계; 작업물의 온도를 모니터링하기 위하여 IR 카메라를 제 1 부분에 포커싱하는 단계; 작업물의 제 2 부분을 프로세싱하는 단계로서, 제 2 부분은 제 1 부분과는 상이한, 단계; 및 작업물을 상승된 온도로 유지하기 위하여 작업물이 프로세싱되는 동안 작업물의 모니터링되는 온도에 기초하여 가열된 플래튼의 온도를 조정하는 단계로서, 상승된 온도는 100°C보다 더 큰, 단계를 포함한다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 실리콘의 스펙트럼 방사율을 도시하는 그래프이다.
도 2는 가열된 플래튼의 열적 이미지이다.
도 3은 리프트 핀들에 의해 가열된 플래튼 위에 홀딩되는 실리콘 작업물의 열적 이미지이다.
도 4는 IR 카메라, 작업물 및 플래튼의 대표적인 구성을 도시한다.
도 5는 가열된 플래튼 상에 배치된 가열되지 않은 교정 작업물을 도시한다.
도 6은 교정 작업물이 희망되는 온도에 도달한 이후의 도 5의 교정 작업물을 도시한다.
도 7은 작업물의 온도 변화를 모니터링하기 위하여 사용되는 대표적인 순서도이다.
도 8은 제조 프로세스를 검증하기 위해 사용되는 대표적인 순서도이다.
도 9는 폐루프 온도 제어를 사용하는 대표적인 순서도이다.
도 1은 실리콘의 스펙트럼 방사율을 도시하는 그래프이다.
도 2는 가열된 플래튼의 열적 이미지이다.
도 3은 리프트 핀들에 의해 가열된 플래튼 위에 홀딩되는 실리콘 작업물의 열적 이미지이다.
도 4는 IR 카메라, 작업물 및 플래튼의 대표적인 구성을 도시한다.
도 5는 가열된 플래튼 상에 배치된 가열되지 않은 교정 작업물을 도시한다.
도 6은 교정 작업물이 희망되는 온도에 도달한 이후의 도 5의 교정 작업물을 도시한다.
도 7은 작업물의 온도 변화를 모니터링하기 위하여 사용되는 대표적인 순서도이다.
도 8은 제조 프로세스를 검증하기 위해 사용되는 대표적인 순서도이다.
도 9는 폐루프 온도 제어를 사용하는 대표적인 순서도이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 실리콘의 광학적 속성들이 온도를 측정하기 위한 적외선 기술들의 사용을 어렵게 만들거나 또는 불가능하게 만든다. 도 1은 복수의 온도들 및 파장들에서의 실리콘의 스펙트럼 방사율을 도시한다. 이러한 그래프 내에 표현되는 파장들은 전통적인 적외선 카메라들에 의해 사용되는 적외선 스펙트럼과 연관된 파장들이다. 방사율은 방사를 통해 에너지를 방출하기 위한 재료의 능력의 측정치이다. 도 1에 보여지는 바와 같이, 낮은 온도들에서, 실리콘은 적외선 스펙트럼 내에서 임의의 방사를 방출하기 위한 그것의 능력을 상실하며, 이는 거의 0의 방사율을 갖는다. 실리콘의 온도가 증가함에 따라, 실리콘의 방사율이 또한 증가한다. 800°C에서, 실리콘의 방사율이 0.7 근처로 거의 일정하다. 이러한 광학적 거동은 몇몇 이유들 때문에 문제가 된다.
첫째로, 적외선 스펙트럼 내의 특정 파장에서, 실리콘의 방사율은 그것의 온도의 함수로서 변화한다. 따라서, 단일 파장 또는 파장들의 협소한 범위에서 동작하는 적외선 카메라를 사용하면, 방출된 방사를 실제 온도와 관련시키는 것이 불가능하다. 적외선 카메라들은 특정 파장 또는 파장들의 협소한 범위에서 방출되는 방사를 측정하며, 방출된 방사의 양 및 재료의 방사율에 기초하여 재료의 온도를 결정한다. 특정 파장에서 비-일정한 방사율은, 적외선 카메라가 오로지 하나의 파장만을 사용하여 재료의 온도를 결정하는 것을 불가능하게 만든다. 따라서, 전통적인 IR 카메라들은 더 낮은 온도들에서 실리콘의 온도를 정확하게 결정하는 것이 불가능하다.
둘째로, 낮은 온도들에서의 실리콘의 거의 0인 방사율은, 기록되는 임의의 적외선 측정치들이 실제로는 실리콘 아래에 배치된 재료와 연관된다는 것을 의미한다. 도 2는 거의 500°C의 온도인 노출된 플래튼(100)의 열적 이미지이다. 플래튼(100)은, 플래튼(100) 내에 배치된 통로들 내로의 뜨거운 유체들의 도입에 의해 가열될 수 있다. 대안적으로, 플래튼(100)은, 플래튼(100) 내에 배치된 전기적 가열 엘러먼트들의 사용을 통해 가열될 수 있다. 플래튼(100)의 원주 둘레의 도트(dot)들(10)의 링은, 이를 통해 후면 가스가 작업물의 후면을 향해 공급되는 통로들을 나타낼 수 있다. 이러한 후면 가스는, 플래튼(100)으로부터 그 위에 배치된 작업물로의 열의 전도를 개선한다. 플래튼(100)의 중심에 더 가까운 3개의 영역들(15)은, 프로세싱 이후에 플래튼(100)으로부터 작업물을 리프팅하기 위해 사용되는 리프트 핀들을 나타낼 수 있다. 도트 형 영역들(20)은, 작업물로부터 전하를 제거하기 위해 사용되는 접지 핀들을 나타낼 수 있다.
도 3은, 이제 실리콘 작업물(300)에 의해 커버되는 동일한 플래튼을 도시한다. 실리콘 작업물(300)은 3개의 리프트 핀들에 의해 가열된 플래튼 위에 홀딩되고 있다. 이러한 도면이 평면도이기 때문에, 플래튼은 작업물 아래에 존재하며, 그 결과 작업물(300)은 IR 카메라와 플래튼 사이에 배치된다. 이러한 구성의 표현이 도 4에 도시된다. 도 4는 플래튼(100) 위에 배치된 IR 카메라(200)를 도시한다. 실리콘 작업물(300)은, 이에 의하여 실리콘 작업물(300)을 플래튼(100)으로부터 분리하는 리프트 핀들에 상에 배치된다. 도 3의 열적 이미지는, 실리콘 작업물(300)이 400°C 내지 500°C 사이의 온도에 있다는 것을 제시한다. 그러나, 실리콘 작업물의 실제 온도는 실제로는 50°C에 훨씬 더 가깝지만, 이는 열적 이미지에 기초하여 결정될 수 없다. 이는, 플래튼의 전방에 배치된 실리콘 작업물(300)에 의해 어느 정도 감소된다고 하더라도, 열적 이미지가 실제로는 플래튼(100)의 온도를 측정하고 기록하기 때문이다.
도 5는, 그 일 부분(410)이 교정 작업물(400)의 나머지 부분과는 상이한 온도에 있다는 것이 명확하게 나타나는, 가열된 플래튼 상에 배치된 교정 작업물(400)의 열적 이미지를 도시한다. 이러한 부분(410)은 2개의 직교 직경들의 형상의 패턴을 가질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 이러한 부분(410)은 단일 직경일 수 있다. 이러한 부분(410)은, 적외선 스펙트럼 내에서 거의 일정한 방사율을 갖는 코팅으로 그 이전에 코팅되었다. 본 개시에 있어서, 용어 "거의 일정한 방사율"은, 재료의 방사율이 희망되는 온도 범위에 걸쳐 20% 미만으로 변화한다는 것을 나타낸다. 다른 실시예들에 있어서, 물질은 희망되는 온도 범위에 걸쳐 10% 미만의 방사율 변화들을 가질 수 있다. 또한, 최종 목표 온도가 알려져 있는 상황들에 있어서, 용어 "거의 일정한 방사율"은, 최종 목표 온도의 50°C 이내와 같은 협소한 온도 범위에 걸쳐 물질의 방사율이 10% 미만이거나, 또는 일부 실시예들에 있어서는 5% 미만이라는 것을 나타낼 수 있다. IR 카메라는 전형적으로, 최종 목표 온도에 가까운 온도들에서 양호한 근사치인 고정된 방사율 값을 사용한다. 일부 실시예들에 있어서, IR 카메라에 의해 사용되는 고정된 방사율은 최종 목표 온도에서의 방사율과 동일하다. 따라서, IR 카메라 판독치들이 최종 목표 온도 근처의 온도들에서 정확할 것이다. 이러한 방식으로, 이러한 부분들(410)에 대한 온도 측정이 정확하다고 알려져 있으며, 반면 교정 작업물(400)의 나머지는 불확실할 수 있다. 다시 말해서, 작업물이 약 400°C 내지 500°C 사이의 온도에 있다는 것을 제시하는 도 3의 열적 이미지가 부정확하다. 오히려, 오로지 코팅된 부분(410)만이 작업물(400)의 실제 온도를 나타낸다.
도 6은, 교정 작업물이 장기간 동안 뜨거운 플래튼 상에 배치되었던 이후의 동일한 교정 작업물(400)을 도시한다. 이제 부분(410)이 가열된 플래튼의 온도에 매우 가까운 온도를 나타낸다는 것을 주목해야 한다. 이는 작업물(400)의 실제 온도를 나타낸다. 교정 작업물(400)의 나머지는 여전히, 그것의 실제 온도보다 약간 더 높은 온도로 나타난다는 것을 주목해야 한다.
도 5 및 도 6에 있어서, 교정 작업물(400)은 희망되는 파장에서 온도에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는 물질로 코팅되었다. 일부 실시예들에 있어서, 희망되는 파장은 1.0 μm 내지 3.0 μm 사이이다. 다른 실시예들에 있어서, 희망되는 파장은 3.0 μm 내지 5.0 μm 사이일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 희망되는 파장은 7.5 μm 내지 14 μm 사이일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 희망되는 파장은 1.0 μm 내지 14 μm 사이일 수 있다. 이러한 도면들에 있어서, 코팅이 2개의 직교 직경들(410)에 도포되었지만, 그러나, 코팅은 임의의 희망되는 패턴으로 도포될 수 있다.
예를 들어, 흑연 및 물의 콜로이드 서스펜션(colloidal suspension)이 작업물의 상부 표면 상으로 브러싱(brush)될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 콜로이드 서스펜션은 임의의 희망되는 패턴으로 작업물의 상부 표면 상에 브러싱될 수 있다. 작업물은, 이제 교정 작업물로서 지칭되며, 이는 본원에서 설명되는 절차들 중 임의의 절차에서 사용될 수 있다.
그러나, 작업물을 코팅하기 위해 사용될 수 있는 다수의 다른 재료들이 존재하며, 이러한 하나의 코팅은 고온 블랙 코팅이다. 다른 재료들이 또한 가능하며, 본 개시는 특정 재료에 한정되지 않는다. 오히려, 고온 블랙 코팅의 포함은, 도포될 수 있는 다양한 재료들의 이용가능성을 실증하였다. 결정질 붕소가 또한 300° C 내지 650° C의 온도 범위에서 거의 일정한 방사율을 가지며, 플라즈마 스프레이(plasma spray)로서 도포될 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, IR 카메라에 의해 사용되는 파장에서 온도의 넓은 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는 임의의 재료가 이용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이러한 온도 범위는 0°C 내지 600°C일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 온도 범위는 300°C 내지 600°C이다. 또 다른 실시예들에 있어서, 온도 범위는 400°C 내지 600°C일 수 있다. 작업물의 표면에 스프레이되거나, 브러싱되거나 또는 달리 용이하게 도포될 수 있는 이러한 재료들이 유익할 수 있다. 코팅은, 실리콘 작업물의 온도가 전통적인 IR 카메라들을 사용하여 정확하게 측정되는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예들에 있어서, 코팅은 오로지 작업물(400)의 상부 표면의 일 부분에만 도포된다. 예를 들어, 도 5 및 도 6은, 재료가 2개의 직교 직경들의 형상으로 도포된 부분(410)을 도시한다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 교정 작업물(400) 전체의 열적 거동이 모니터링되는 것을 가능하게 하기 위하여 교정 작업물(400)의 전체 상부 표면이 코팅될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 이러한 부분은 오로지 작업물 상에 코팅되는 단일 직경만을 포함할 수 있다. 코팅은 임의의 패턴으로 도포될 수 있다.
예를 들어, 전체 상부 표면을 코팅함으로써, 전체 작업물의 온도 균일성이 열적 이미지들을 사용하여 정밀하게 결정될 수 있다. 리프트 핀들 바로 위에 있는 지점들과 같은 상이한 온도의 지점들이 용이하게 식별될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 하나 이상의 직경들의 사용은, 균일성이 작업물의 중심으로부터의 거리의 함수로서 추정되는 것을 가능하게 한다. 다시 말해서, 작업물의 중심이 가장 높은 온도에 있을 가능성이 있는 경우, 작업물의 온도는 어떠한 방식으로든 작업물의 중심으로부터의 거리와 상관되는 것으로 가정될 수 있다. 따라서, 하나의 직경의 사용은, 작업물 상의 임의의 지점의 온도가 작업물의 중심으로부터의 그것의 거리에 기초하여 추정되는 것을 가능하게 할 수 있다. 2개 이상의 직경의 사용은, 작업물의 온도 프로파일의 더 복잡한 추론(extrapolation)을 가능하게 할 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 작업물의 온도 균일성이 희망되지 않거나 또는 유용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 단순히 단일 지점에서의 작업물을 온도를 샘플링하는 것으로 충분할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 코팅은 상부 표면의 단지 일 부분에만 또는 상부 표면의 전체에 도포될 수 있다. 그런 다음, IR 카메라는 이전에 코팅이 도포된 작업물의 영역에 특히 포커싱할 수 있다. 이는, 작업물 온도의 단순하고 빠른 결정을 가능하게 한다. 이러한 기술들 중 임의의 기술이 본원에서 설명되는 절차들과 함께 사용될 수 있다.
코팅의 사용은 다른 기술들을 뛰어 넘는 몇몇 이점들을 갖는다. 예를 들어, 일단 상부 표면이 코팅되면, 교정 작업물(400)은 임의의 다른 작업물과 동일한 방식으로 제조 프로세스 내로 도입될 수 있다. 다시 말해서, 코팅된 교정 작업물(400)을 이용하기 위하여 특별히 요구되는 특별한 단계들이 존재하지 않는다. 이는, 다양한 교정 절차들이 전개되는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 제 1 실시예에 있어서, 작업물이 미리 결정된 온도에 도달하였을 때 작업물을 주입하는 프로세스가 희망된다. 이상에서 설명된 바와 같은 교정 작업물은, 도 7에 도시된 바와 같은 희망되는 프로세스를 전개하기 위하여 사용될 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 프로세싱 챔버 내에 위치된 플래튼은, 동작(700)에 도시된 바와 같이 100°C 이상과 같은 상승된 온도로 유지될 수 있다. 교정 작업물은 다른 작업물들과 동일한 방식으로 프로세싱 챔버 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 교정 작업물은 동작(710)에 도시된 바와 같이 로드 락(load lock) 내에 위치된다. 그런 다음, 동작(720)에 도시된 바와 같이, 교정 작업물은 프로세싱 챔버 내에 위치된 로봇 메커니즘에 의해 로드 락으로부터 제거된다. 그런 다음, 동작(730)에 도시된 바와 같이, 로봇 메커니즘은 교정 작업물이 마치 임의의 다른 작업물인 것처럼 교정 작업물을 플래튼 상에 위치시킬 수 있다. 교정 작업물은, 희망되는 온도 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는 코팅을 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 희망되는 온도 범위는 플래튼의 상승된 온도쯤에 중심이 있는 100°C 범위일 수 있다. 예를 들어, 300°C의 상승된 온도에서, 희망되는 온도 범위는 250°C 내지 350°C일 것이다. 전통적인 IR 카메라들을 사용하여, 교정 작업물(400)의 온도는, 동작(740)에 도시된 바와 같이 정확하게 측정되고 모니터링될 수 있다. 따라서, 작업물이 희망되는 온도에 도달하기 위한 대기 시간이 동작(750)에 도시된 바와 같이 정확하게 측정되고 기록될 수 있다. 그런 다음, 이러한 시간은 희망되는 상승된 온도에서 작업물들을 주입하는 프로세스를 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 측정된 시간의 통계적 유효성을 개선하기 위하여, 프로세스를 교정하기 위하여 복수의 교정 작업물들이 사용될 수 있다. 복수의 교정 작업물들 모두가 이상에서 설명되고 도 7에 도시된 방식으로 프로세싱 챔버 내로 도입될 수 있다.
일단 이러한 대기 시간이 결정되면, 그런 다음 작업물이 로드 락을 통해 프로세스 챔버 내로 도입되고 가열된 플래튼 상에 위치될 수 있다. 대기 시간을 대기한 이후에, 그런 다음 작업물이 프로세싱될 수 있다. 이러한 대기 시간은 도 7의 동작(750)에서 결정될 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 교정 작업물의 온도 균일성이 마찬가지로 획득될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 코팅은 교정 작업물의 상부 표면의 전체에 도포된다. 그런 다음, IR 카메라(200)는 열적 이미지를 생성하기 위하여 상부 표면 상의 복수의 지점들에 포커싱된다. 다른 실시예들에 있어서, 코팅은 교정 작업물의 상부 표면의 적어도 하나의 직경에 도포된다. 그런 다음, IR 카메라(200)는 직경 상의 복수의 지점들에 포커싱된다. 이에 기초하여, 교정 작업물의 온도 균일성이 추정될 수 있다. 이러한 추정은, 온도를 교정 작업물의 중심으로부터의 거리에 관련시킬 수 있다. 2개 이상의 직경의 사용은, 더 복잡한 추정들이 수행되는 것을 가능하게 할 수 있다.
제 2 실시예에 있어서, 작업물이 미리 결정된 온도에 도달하였을 때 작업물을 주입하는 프로세스가 희망된다. 제 1 실시예와 달리, 이러한 실시예에 있어서, 플래튼은 작업물이 그 위에 위치된 이후에만 가열된다. 이상과 같이, 교정 작업물은, IR 카메라에 의해 사용되는 주파수에서 거의-일정한 방사율을 갖는 물질로 코팅된 그것의 상부 표면의 적어도 일 부분을 갖는다. 교정 작업물은, 다른 작업물들과 동일한 방식으로 그리고 도 7의 동작들(710-730)에 도시된 것과 동일한 방식으로 프로세싱 챔버 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 교정 작업물은 로드 락 내에 위치된다. 그런 다음, 교정 작업물은 프로세싱 챔버 내에 위치된 로봇 메커니즘에 의해 로드 락으로부터 제거된다. 그런 다음, 로봇 메커니즘은 교정 작업물이 마치 임의의 다른 작업물인 것처럼 교정 작업물을 플래튼 상에 위치시킬 수 있다. 그런 다음, 플래튼이 가열되며, 전통적인 IR 카메라들을 사용하여 교정 작업물의 온도가 정확하게 측정되고 모니터링될 수 있다. 따라서, 작업물 및 플래튼이 희망되는 온도에 도달하기 위한 시간이 정확하게 측정될 수 있다. 그런 다음, 이러한 시간은 희망되는 상승된 온도에서 작업물들을 주입하는 프로세스를 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 추가적인 실시예에 있어서, 이상에서 설명된 바와 같이, 작업물의 온도 균일성이 이상에서 설명된 기술을 사용하여 측정되거나 또는 추정될 수 있다.
제 3 실시예에 있어서, 열전대들 또는 다른 온도 센서들이 플래튼(100) 상에 배치된다. IR 카메라(200)는 교정 작업물(400)의 온도를 모니터링하기 위하여 사용된다. 교정 작업물(400)은, 도 7의 동작들(710-730)에 도시된 바와 같이 프로세싱 챔버에 진입할 수 있다. 그 이후, 플래튼 온도와 작업물 온도 사이의 상관 관계가 생성될 수 있다.
교정 작업물이 이상에서 설명된 바와 같은 제조 프로세스들을 전개하는데 있어서 유용할 수 있지만, 교정 작업물에 대한 다른 애플리케이션들이 존재한다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 교정 작업물은 정상 동작 동안 프로세싱 챔버 내로 도입될 수 있다.
정상 동작 동안의 교정 작업물의 도입은 IR 카메라를 사용하는 열적 프로파일의 생성을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 제조 프로세스의 동작이 검증될 수 있다. 예를 들어, 시간이 흐르면서 플래튼과 작업물 사이의 열적 결합이 변화할 수 있다. 이러한 변화는, 플래튼과 작업물 사이의 클램핑 힘(clamping force)의 변동들; 작업물의 후면을 향해 보내지는 후면 가스의 흐름 레이트(flow rate)의 변화들, 또는 다른 원인들에 의해 초래될 수 있다. 열적 결합의 이러한 변화는 주입 동안의 작업물의 최종적인 온도에 영향을 줄 수 있으며, 그럼으로써 결과적인 산물에 영향을 줄 수 있다. 정상 동작 동안 교정 작업물을 도입함으로써, 열적 결합이 동작에 대하여 최소한의 충격을 주면서 검증될 수 있다. 이러한 교정 웨이퍼는 정상적인 작업물들과 동일한 방식으로 도입될 수 있으며, 이는 프로세싱 챔버 내에서 실제로 프로세싱되거나 또는 프로세싱되지 않을 수 있다. 오히려, 그것의 목적은, 프로세싱 챔버의 동작에 충격을 주지 않으면서 실제 작업물 온도들이 측정될 수 있게 함으로써, 프로세스의 주기적인 검증을 가능하게 하는 것이다. 다시 말해서, 교정 작업물을 도입하고 실제 작업물 온도들을 결정하기 위하여 임의의 특별한 절차들을 수행할 필요가 없다.
정상 동작 동안의 교정 작업물의 사용을 나타내는 순서도가 도 8에 도시된다. 먼저, 동작(800)에 도시된 바와 같이, 작업물이 로드 락 내에 위치된다. 그런 다음, 동작(810)에 도시된 바와 같이, 이러한 작업물은 프로세싱 챔버 내의 로봇 메커니즘에 의해 제거되고 플래튼 상에 위치된다. 플레튼은, 이온 주입과 같은 작업물의 고온 프로세싱을 가능하게 하기 위하여 상승된 온도까지 가열될 수 있다. 그런 다음, 동작(820)에 도시된 바와 같이 작업물이 프로세싱된다. 프로세싱이 완료된 이후에, 작업물은 로봇 메커니즘에 의해 플래튼으로부터 제거된다. 동작들(800-820)의 시퀀스는 복수 회 반복될 수 있다. 어떤 시점에, 교정 작업물(400)이 동작(830)에 도시된 바와 같이 로들 락 내에 위치된다. 이러한 교정 작업물(400)은, 동작(840)에 도시된 바와 같이, 정상적인 작업물과 동일한 방식으로 로봇 메커니즘에 의해 로드 락으로부터 제거되어 플래튼 상에 위치된다. 교정 작업물은, 희망되는 온도 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는 코팅을 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 희망되는 온도 범위는 플래튼의 상승된 온도쯤에 중심이 있는 100° 범위일 수 있다. 교정 작업물(400)이 플래튼 상에 위치된 이후에, 교정 작업물의 온도가 동작(850)에 도시된 바와 같이 측정되고 모니터링될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이는, 플래튼과 작업물들 사이의 열적 결합이 계속해서 용인가능한 한계들 내에 있는지에 대한 검증을 가능하게 할 수 있다. 온도가 용인할 수 없는 경우, 동작(860)에 도시된 바와 같이 교정 액션이 개시될 수 있다. 이는, 플래튼(100)의 온도를 변화시키는 것, 플래튼을 세척하는 것, 또는 어떤 다른 액션을 포함할 수 있다. 온도가 검증된 경우, 교정 작업물(400)이 동작(870)에 도시된 바와 같이 플래튼(100)으로부터 제거된다. 그 이후에, 더 많은 작업물들이 동작들(800-820)의 시퀀스에 따라서 정상적으로 프로세싱될 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 교정 작업물의 온도 균일성이 마찬가지로 획득될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 코팅은 교정 작업물의 상부 표면의 전체에 도포된다. 그런 다음, IR 카메라(200)는 열적 이미지를 생성하기 위하여 상부 표면 상의 복수의 지점들에 포커싱된다. 다른 실시예들에 있어서, 코팅은 교정 작업물의 상부 표면의 적어도 하나의 직경에 도포된다. 그런 다음, IR 카메라(200)는 직경 상의 복수의 지점들에 포커싱된다. 이에 기초하여, 교정 작업물의 온도 균일성이 추정될 수 있다. 이러한 추정은, 온도를 교정 작업물의 중심으로부터의 거리에 관련시킬 수 있다. 2개 이상의 직경의 사용은, 더 복잡한 추정들이 수행되는 것을 가능하게 할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 코팅된 작업물의 작은 부분을 갖는 작업물들이 도 9에 도시된 바와 같이 프로세싱 챔버 내에서 프로세싱된다. 다시 말해서, 이러한 교정식(calibrated) 작업물들은 교정 작업물들 및 정상적으로 프로세싱되는 작업물들 둘 모두로서 역할한다. 이러한 교정식 작업물들은 IR 카메라로부터의 온도 피드백 하에서 프로세싱될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 산물을 위해 사용되지 않는 작업물의 작은 부분은, 동작(900)에 도시된 바와 같이 거기에 도포된 코팅을 가질 수 있다. 이는, 이상에서 설명된 바와 같은 개방 루프 교정 대신에, 프로세싱 동작이 폐루프 방식으로 수행되는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 교정식 작업물의 온도는 교정식 작업물이 프로세싱되는 동안 모니터링될 수 있으며, 플래튼의 온도를 실시간으로 조정함으로써 즉각적인 교정들이 이루어질 수 있다. 이러한 기술은, 작업물 프로세싱 동안 더 엄격한 온도 제어가 바람직할 수 있는 경우에 적용가능할 것이다. 따라서, 코팅이 표면의 일 부분에 도포된 이후에, 교정식 작업물이 동작(910)에 도시된 바와 같이 플래튼으로 이동된다. 그런 다음, 교정식 작업물은, 동작(920)에 도시된 바와 같이, 다른 작업물들이 전형적으로 처리되는 것과 동일한 방식으로 프로세싱될 수 있다. 교정식 작업물이 프로세싱되고 있는 동안, IR 카메라는, 동작(930)에 도시된 바와 같이 코팅된 부분 상에 포커싱함으로써 교정식 작업물의 온도를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 그런 다음, 코팅된 부분의 모니터링되는 온도는 동작(940)에 도시된 바와 같이 플래튼(300)의 온도를 제어하기 위하여 사용된다. 이는, 달리 가능할 수 있었던 것보다 더 타이트한 온도 제어를 가능하게 한다. 교정식 작업물이 프로세싱된 이후에, 교정식 작업물은 동작(950)에 도시된 바와 같이 플래튼으로부터 제거된다. 그런 다음, 다른 교정식 작업물이 도 9에 도시된 시퀀스를 사용하여 프로세싱될 수 있다.
본 출원에서 설명된 기술들은 실리콘 작업물들에 대한 그것의 사용을 설명하였다. 이러한 기술들이 실리콘에 대하여 적절할 수 있지만, 이들은 작업 온도 범위들 내에서 낮은 또는 가변적인 IR 방사율을 갖는 다른 재료들에 대해서도 유용하다. 일 예로서, 석영이 또한 큰 방사율 변동을 갖는다. 석영의 방사율은, 20°C에서의 거의 0.9의 값 내지 750°C에서의 거의 0.3의 값에 대하여 변화할 수 있다. 교정 기술이 석영 작업물들에 유사하게 적용가능할 것이다. 희망되는 온도 범위에 걸쳐 가변적인 방사율을 갖는 임의의 다른 재료가 또한 이러한 기술로부터 이익을 얻을 수 있을 것이다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.
Claims (15)
- 프로세싱 시스템으로서,
플래튼;
상기 플래튼 상에 배치된 교정 작업물;
상기 교정 작업물의 온도를 결정하기 위하여 적외선 스펙트럼 내의 파장들의 범위를 사용하는 IR 카메라; 및
상기 교정 작업물의 상부 표면의 일 부분 상에 배치되는 코팅으로서, 상기 코팅은 상기 파장들의 범위에서 온도들의 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는, 상기 코팅을 포함하는, 프로세싱 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 온도들의 범위는 0°C 내지 600°C 사이인, 프로세싱 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 코팅은 상기 상부 표면의 직경을 따라 도포되는, 프로세싱 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 코팅은 상기 상부 표면의 전체에 도포되는, 프로세싱 시스템.
- 작업물 프로세스를 교정하기 위한 방법으로서,
프로세스 챔버 내의 가열된 플래튼을 100°C보다 더 큰 상승된 온도로 유지하는 단계;
교정 작업물을 상기 프로세스 챔버로 도입하는 단계로서, 상기 교정 작업물은 그것의 상부 표면의 일 부분 상에 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 희망되는 온도 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는, 단계;
상기 교정 작업물을 상기 가열된 플래튼 상에 위치시키는 단계;
IR 카메라를 상기 부분에 포커싱함으로써 시간에 걸쳐 상기 교정 작업물의 온도를 모니터링하는 단계; 및
상기 교정 작업물이 미리 결정된 온도에 도달하기 위한 시간을 기록하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 방법은, 상기 기록하는 단계 이후에 작업물을 프로세싱하는 단계를 더 포함하며,
상기 프로세싱하는 단계는,
상기 작업물을 상기 가열된 플래튼 상에 위치시키는 단계;
미리 결정된 시간의 양을 대기하는 단계; 및
상기 대기하는 단계 이후에 상기 작업물을 프로세싱하는 단계로서, 상기 미리 결정된 시간의 양은, 상기 교정 작업물이 상기 미리 결정된 온도에 도달하기 위한 상기 기록된 시간에 기초하여 결정되는, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 코팅은 상기 교정 작업물의 상기 상부 표면의 전체에 도포되며,
상기 방법은, 상기 IR 카메라를 상기 상부 표면 상의 복수의 지점들에 포커싱함으로써 상기 교정 작업물의 온도 균일성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 부분은 상기 상부 표면의 직경을 포함하며,
상기 방법은, 상기 IR 카메라를 상기 직경 상의 복수의 지점들에 포커싱함으로써 상기 교정 작업물의 온도 균일성을 추정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 작업물 제조 프로세스를 검증하는 방법으로서,
제 1 작업물을 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계;
상기 제 1 작업물을 상기 프로세스 챔버 내의 가열된 플래튼 상에 배치하는 단계로서, 상기 가열된 플래튼은 100°C보다 더 큰 상승된 온도인, 단계;
상기 가열된 플래튼 상에 있는 동안 상기 제 1 작업물을 프로세싱하는 단계;
상기 제 1 작업물이 도입되었던 것과 동일한 방식으로 교정 작업물을 상기 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 교정 작업물은 그것의 상부 표면의 일 부분 상에 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 희망되는 온도 범위에 걸쳐 거의 일정한 방사율을 갖는, 단계;
상기 코팅을 갖는 상기 부분에 포커싱된 IR 카메라를 사용하여 상기 교정 작업물의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 온도가 용인가능한 범위 내에 있다는 것을 검증하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 방법은,
상기 온도가 상기 용인가능한 범위 내에 있다는 것을 검증하는 단계 이후에, 제 2 작업물을 상기 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계;
상기 제 2 작업물을 상기 프로세스 챔버 내의 상기 가열된 플래튼 상에 배치하는 단계; 및
상기 가열된 플래튼 상에 있는 동안 상기 제 2 작업물을 프로세싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 방법은, 상기 온도가 상기 용인가능한 범위 내에 있지 않는 경우 교정 액션을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 도입하는 단계는,
작업물을 로드 락(load lock) 내에 위치시키는 단계; 및
상기 프로세스 챔버 내에 배치된 로봇 메커니즘을 사용하여 상기 작업물을 상기 로드 락으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 코팅은 상기 교정 작업물의 상기 상부 표면의 전체에 도포되며,
상기 방법은, 상기 IR 카메라를 상기 상부 표면 상의 복수의 지점들에 포커싱함으로써 상기 교정 작업물의 온도 균일성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 부분은 상기 상부 표면의 직경을 포함하며,
상기 방법은, 상기 IR 카메라를 상기 직경 상의 복수의 지점들에 포커싱함으로써 상기 교정 작업물의 온도 균일성을 추정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 상승된 온도에서 작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
상기 작업물의 상부 부분의 제 1 부분에 코팅을 도포하는 단계로서, 상기 코팅은 희망되는 온도 범위에 대하여 거의 일정한 방사율을 갖는, 단계;
상기 작업물을 가열된 플래튼 상에 위치시키는 단계;
상기 작업물의 온도를 모니터링하기 위하여 IR 카메라를 상기 제 1 부분에 포커싱하는 단계;
상기 작업물의 제 2 부분을 프로세싱하는 단계로서, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분과는 상이한, 단계; 및
상기 작업물을 상기 상승된 온도로 유지하기 위하여 상기 작업물이 프로세싱되는 동안 상기 작업물의 상기 모니터링되는 온도에 기초하여 상기 가열된 플래튼의 온도를 조정하는 단계로서, 상기 상승된 온도는 100°C보다 더 큰, 단계를 포함하는, 방법.
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