WO2016186302A1

WO2016186302A1 - 급속 열처리 장치

Info

Publication number: WO2016186302A1
Application number: PCT/KR2016/002436
Authority: WO
Inventors: 석창길; 공대영; 송문규; 서규철
Original assignee: (주)울텍
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2016-11-24
Also published as: US20180144955A1; CN107836038B; CN107836038A; US10600661B2; KR101605079B1

Abstract

급속 열처리 장치는, 급속 열처리용 챔버; 상기 챔버의 내부 하측에 배치되어 급속 열처리용 기판을 지지하며 회전시키는 지지대; 상기 챔버의 내부 상측에 배치되어 광을 방사함으로써 상기 급속 열처리용 기판을 급속 가열하는 열원 장치; 상기 급속 열처리용 기판의 일부분 상에 이격 거리를 두고 배치되며, 상기 급속 열처리용 기판과 같은 재질로 이루어진 온도측정용 기판; 상기 온도측정용 기판에 설치되어 상기 온도측정용 기판의 온도를 측정하는 온도측정용 서모커플; 상기 온도측정용 기판을 지지하는 투광 재질의 지지부; 및 상기 지지부와 상기 열원 장치 사이에 배치되어 챔버의 양쪽 내부 공간을 격리하는 투광판을 포함하며, 상기 서모커플에 의해 측정된 상기 온도측정용 기판의 온도를 상기 급속 열처리용 기판의 온도로 간주하는 것을 특징으로 한다.

Description

급속 열처리 장치

본 발명은, 급속 열처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급속 열처리되고 있는 기판의 온도를 비접촉식으로 정확하게 측정할 수 있도록 한 급속 열처리 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 국가연구개발사업의 지원을 받아서 개발된 발명으로서, 본 발명을 지원한 국가연구개발사업의 내용은 다음과 같다.

[과제고유번호] 10048649

[부처명] 산업자원부

[연구관리전문기관명] 한국산업기술평가관리원

[연구사업명] 산업핵심기술개발사업

[연구과제명] 동물 섬모구조를 모사한 개방형 접합 네트워크 구조 유해가스 검지 전극의 저온(50℃ 이하) 건식 표면처리기술 개발

[주관기관] (주)울텍

[연구기간] 2015년 6월 1일 ~ 2016년 5월 31일

반도체 장치의 고집적화 및 기판의 대면적화가 심화되어 감에 따라 반도체 장치의 제조 원가를 절감하기 위한 많은 요구가 높아지고 있다. 이러한 요구에 부응하여 열처리 공정 중에서 급속 열처리 공정이 주로 사용되고 있다.

급속 열처리 공정에서는, 매우 짧은 시간 동안에 비교적 넓은 온도 범위에서 기판의 승온 및 강온이 이루어지므로 기판의 온도가 정밀하게 제어되어야 한다. 또한, 기판의 균일한 온도 분포를 유지하면서 급속 열처리 공정을 수행하기 위해서는 기판의 전역에 걸쳐 열적 특성을 동일하게 유지해야 한다. 기판의 전역에 걸쳐 온도 균일성을 이루기 위해 기판의 전역에 걸쳐 균일한 열류(heat flux)가 형성될 수 있도록 기판 가열용 램프를 적절히 배열하고 각각의 램프에 공급하는 전력을 적절히 조절할 필요가 있다. 그런데 급속 열처리 공정용 챔버 안으로 유입되는 가스의 유량 및 흐름, 기판의 아래쪽 및 옆쪽의 챔버 내부 구조 등 여러 가지 변수가 있을 뿐 아니라 가변적이기 때문에 하드웨어적인 챔버 설계의 최적화만을 통해 대면적 기판의 전역에 걸쳐 온도 균일성을 확보하기가 쉽지 않다.

이러한 급속 열처리 공정용 챔버에서 대면적 기판의 온도를 정확하게 측정하는 것은 급속 열처리 공정의 신뢰성과 반도체 장치의 품질을 결정하는 중요한 요소로 인식되고 있다. 급속 열처리 공정용 챔버 내의 기판의 온도를 측정하는 방법은 기판과 온도측정수단의 접촉 여부에 따라 접촉식 또는 비접촉식으로 구분되며, 온도측정수단과 기판의 접촉으로 인한 기판의 손상을 방지하기 위해 비접촉식 온도측정방법이 주로 사용되고 있다. 또한, 기판의 전역에 걸쳐 균일한 공정 특성을 얻기 위해 급속 열처리 공정을 진행하는 동안에 급속 열처리 공정용 챔버 내의 기판을 수평 회전시키지 않고 고정시키는 고정식 급속 열처리 장치 대신에 기판을 회전시키는 회전식 급속 열처리 장치가 주로 사용되고 있다. 비접촉식 급속 열처리 장치에 적용된 기판온도측정방법의 예가 한국등록특허 제10-0337107호 공보(특허문헌 1), 한국등록특허 제10-0395662호 공보(특허문헌 2), 한국공개특허 제10-2002-0019016호 공보(특허문헌 3), 한국등록특허 제10-0423184호 공보(특허문헌 4) 및 한국등록특허 제10-1097718호 공보(특허문헌 5)에 개시되어 있다.

그런데, 특허문헌1 내지 특허문헌5에 개시된 종래의 비접촉식 기판온도측정방법은, 파이로미터(pyrometer)를 이용하기 때문에 급속 열처리 공정을 진행하는 동안에 예를 들어 기판의 상태, 즉 온도에 따른 방사율(emissivity), 챔버의 기하학적 구조 특성, 파이로미터의 스펙트럼 파장, 및 기판 상에 형성된 막의 종류 및 두께 등이 파이로미터의 광학적 측정에 영향을 미친다.

그러므로 종래의 비접촉식 기판온도측정방법은 기판, 예를 들어 회전 중인 웨이퍼의 온도에 대한 실시간 측정 정확도가 낮아서 급속 열처리 공정을 정밀하게 수행하기가 어렵다. 또한, 파이로미터가 서모커플에 비해 고가이기 때문에 급속 열처리 장치의 제조 원가를 절감하기가 어렵다.

따라서 본 발명의 목적은 비접촉식 급속 열처리 장치 내의 기판의 온도를 실시간으로 정확하게 측정하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 비접촉식 급속 열처리 장치의 제조 원가를 절감하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치는, 급속 열처리용 챔버; 상기 챔버의 내부 하측에 배치되어 급속 열처리용 기판을 지지하며 회전시키는 지지대; 상기 챔버의 내부 상측에 배치되어 광을 방사함으로써 상기 급속 열처리용 기판을 급속 가열하는 열원 장치; 상기 급속 열처리용 기판의 일부분 상에 이격 거리를 두고 배치되며, 상기 급속 열처리용 기판과 같은 재질로 이루어진 온도측정용 기판; 상기 온도측정용 기판에 설치되어 상기 온도측정용 기판의 온도를 측정하는 온도측정용 서모커플; 상기 온도측정용 기판을 지지하는 투광 재질의 지지부; 및 상기 지지부와 상기 열원 장치 사이에 배치되어 챔버의 양쪽 내부 공간을 격리하는 투광판을 포함하며, 상기 서모커플에 의해 측정된 상기 온도측정용 기판의 온도를 상기 급속 열처리용 기판의 온도로 간주하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부는 상기 온도측정용 기판을 삽입하기 위한 중공부를 갖는 판재인 것이 가능하다.

상기 지지부는 상기 중공부의 상측 개방구를 갖는 판재이거나, 상기 중공부의 상측 개방구 및 하측 개방구를 갖는 판재인 것이 가능하다.

상기 온도측정용 기판이 고온용 접착제에 의해 상기 지지부에 접착되는 것이 가능하다.

상기 지지부는, 1개 이상 복수개의 온도측정용 기판을 삽입하기 위한 중공부를 갖는 판재인 것이 가능하다.

상기 지지부는, 부채꼴 형태의 온도측정용 기판을 삽입하기 위한 부채꼴 형태의 중공부를 갖는 판재인 것이 가능하다.

상기 지지부는 상기 온도측정용 기판의 가장자리부의 일부분을 끼워서 지지하도록 이격거리를 두고 이격된 상측 수평 돌출부 및 하측 수평 돌출부와, 상기 상측 수평 돌출부 및 하측 수평 돌출부에 일체로 연결된 수직부를 갖는 것이 가능하다.

상기 서모커플은 1개 이상 복수개의 서모커플로 구성되고, 상기 서모커플의 각각은 상기 온도측정용 기판의 해당하는 관통홀에 삽입된 접점부와, 상기 접점부에 일체로 연결된 와이어(wire)를 갖는 것이 가능하거나, 1개 이상 복수개의 서모커플로 구성되고, 상기 서모커플의 각각은 상기 온도측정용 기판의 해당하는 홈에 삽입된 접점부와, 상기 접점부에 일체로 연결된 와이어를 갖는 것이 가능하다.

상기 와이어는 상기 온도측정용 기판의 상부면 상에 이격 거리를 두고 배치되거나, 상기 온도측정용 기판의 상부면에 형성된 가이드 홈 내에 배치되는 것이 가능하다.

상기 지지부의 상부면 중앙부에 상기 온도측정용 기판을 수용하기 위한 홈부가 형성되는 것이 가능하다.

본 발명의 급속 열처리 장치에 따르면, 비접촉식 급속 열처리용 장치 내의 급속 열처리용 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐 아니라 급속 열처리 장치의 제조 원가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 지지부에 온도측정용 웨이퍼가 지지되어 있는 일례를 나타낸 예시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 지지부에 온도측정용 웨이퍼가 지지되어 있는 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 관통홀에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 일례를 나타낸 예시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 관통홀에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 홈에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 일례를 나타낸 예시도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 홈에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 서모커플의 와이어(wire)가 온도측정용 웨이퍼에 배치된 일례를 나타낸 예시도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 서모커플의 와이어가 온도측정용 웨이퍼에 배치된 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 지지부의 단면 구조를 각각 나타낸 단면도이다.

도 13은, 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 다른 지지부에 온도측정용 웨이퍼가 지지되어 있는 일례를 나타낸 예시도이다.

도 14는, 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 또 다른 지지부에 온도측정용 웨이퍼가 지지되어 있는 일례를 나타낸 예시도이다.

이하, 본 발명에 따른 급속 열처리 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치(100)는, 챔버(10), 열원 장치(20), 웨이퍼 지지대(30), 투광판(40), 온도측정용 웨이퍼(50), 온도측정용 서모커플(60), 및 지지부(70)를 구비하고 있다.

여기서, 챔버(10)는 급속 열처리 공정을 처리하기 위한 밀페된 공간을 확보하는 통체, 예를 들어 대략 원형 또는 사각형의 통체로, 챔버(10) 내부의 공간을 챔버(10) 외부의 대기로부터 격리하여 급속 열처리 공정을 진행하기 위한 분위기로 일정하게 유지할 뿐 아니라 챔버(10) 내의 급속 열처리용 웨이퍼(1)를 대기 중의 오염원으로부터 보호한다.

열원 장치(20)는 챔버(10)의 내부 공간의 일측부, 예를 들어 상측부에 배치되어 광, 예를 들어 적외선을 방사하는 광원이다. 열원 장치(20)는 예를 들어 텅스텐 할로겐 램프로부터 광을 방사하여 챔버(10) 내의 웨이퍼(1)를 급속 가열할 수 있다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만 열원 장치(20)를 챔버(10)의 내부 공간의 하측부에 설치하는 것도 가능하다.

웨이퍼 지지대(30)는 챔버(10)의 내부 공간의 하측부에 배치되어 웨이퍼(1)를 기계적 방식, 전자기적 방식 또는 진공 방식으로 수평으로 지지하는 부분이다. 웨이퍼 지지대(30)는 공지된 바와 같이, 웨이퍼(1)에 대한 급속 열처리의 균일성을 높이기 위해 일방향, 예를 들어 화살표 방향으로 웨이퍼(1)를 수평 회전시킬 수 있다.

투광판(40)은 열원 장치(20)와 웨이퍼 지지대(30) 사이에 배치되어 챔버(10)의 양분된 내부 공간을 서로 격리하는 부분이다. 투광판(40)은 열원 장치(20)로부터 방사되는 광을 투과할 수 있도록 투광 재질, 예를 들어 퀄츠 등으로 구성될 수 있다.

지지부(70)는 온도측정용 웨이퍼(50)를 웨이퍼(1)로부터 열원 장치(20)를 향해 일정 거리를 두고 수평으로 안정적으로 지지하는 부분이다. 지지부(70)는 온도측정용 웨이퍼(50)를 수직 승강하도록 지지부(70)의 대향하는 양측부에 통상적인 수직 승강 기구(미도시)가 기계적으로 연결되어 있을 수 있다. 지지부(70)는 열원 장치(20)의 광을 웨이퍼(1)에 전달할 수 있도록 투광 재질, 예를 들어 퀄츠 등으로 이루어지며 예를 들어 대략 원형의 절연성 판재로 구성될 수 있다.

또한, 상기 지지부(70)는, 상기 온도측정용 웨이퍼(50)와 상기 웨이퍼(1)가 서로 평행하게 배치되도록, 상기 챔버(10)의 벽면 또는 바닥면에 설치될 수도 있다. 즉, 상기 지지부(70)는 상기 온도측정용 웨이퍼(50)를 지지한 상태에서 상기 챔버(10)의 벽면 또는 바닥면에 설치됨으로써, 상기 온도측정용 웨이퍼(50)와 상기 웨이퍼(1)가 서로 평행하게 배치될 수 있게 된다.

또한, 온도측정용 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1)의 이격 거리는 웨이퍼(1)의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 최소화하는 것이 좋다. 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1)의 이격 거리가 작을수록 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1)의 온도 분포가 유사하다. 그러므로 웨이퍼(50)는 회전하는 기판(1)의 회전 공차 이상의 이격 거리를 두고 배치되는 것이 바람직하다. 반면에, 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1)의 이격 거리가 클수록 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1)의 온도 분포 차이가 증가하지만 웨이퍼(50)에 의해 가려지는 광 손실이 감소한다.

또한, 온도측정용 웨이퍼(50)에는 급속 열처리용 웨이퍼(1)의 온도를 측정하는 온도측정매체인 온도측정용 서모커플(60)이 설치되어 있다. 온도측정용 서모커플(60)은 챔버(10)의 외부에 설치된 웨이퍼 온도 측정부(미도시)에 전기적으로 연결되도록 연장된다. 온도측정용 웨이퍼(50)는 급속 열처리용 웨이퍼(1)와 동일한 재질, 예를 들어 실리콘, 유리, 사파이어, SIC 등으로 구성되고 웨이퍼(1)와 동일한 두께로 형성될 수 있다.

상기 서모커플(60)은, 상기 온도측정용 웨이퍼(50)의 온도를 전기 신호로 변환하여 온도 측정부(110)에 전달하기 위해, 상기 지지부(70)와 전기적으로 절연된다. 그리고, 상기 챔버(10)의 내부는 진공 분위기를 가지므로, 상기 지지부(70)는 상기 챔버(10)의 내부와 외부를 분리되도록 차폐함으로써 내부와 외부 사이의 압력 차이를 유지할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 사용자는 상기 챔버(10)의 외부에서 상기 온도측정용 웨이퍼(50)와, 상기 서모커플(60)과 상기 지지부(70)를 조립하여 독립적인 모듈을 구성할 수 있다.

또한, 실제 사용시, 상기 챔버(10)는 냉매에 의해 냉각이 이루어지게 되고, 상기 온도측정용 웨이퍼(50)는 열원 장치(20)에 의해 가열된다. 이때, 상기 열원 장치(20)에서 발생된 열이 상기 온도측정용 웨이퍼(50)와 상기 지지부(70)를 통하여 챔버(10) 외부로 빠져나가지 못하도록 상기 챔버(10)의 내부와 외부가 열적으로 분리되어 있다.

또한, 열처리 장치(100)는, 챔버(10)의 외부에 설치되는 온도 측정부(110), 온도 제어부(120), 열원 장치 구동부(130), 및 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. 온도 측정부(110)는, 서모커플(60)을 매개로 하여 웨이퍼(50)의 온도를 측정하고 웨이퍼(50)의 온도에 해당하는 신호를 온도 제어부(120)에 전송한다. 온도 제어부(120)는 온도 측정부(110)로부터 웨이퍼(50)의 온도에 해당하는 신호를 전송 받아서 열원 장치 구동부(130)를 구동하거나 디스플레이부(140)를 디스플레이하도록 제어한다. 열원 장치 구동부(130)는 웨이퍼(1)의 원하는 온도를 얻기 위해 열원 장치(20)에 전력을 공급하도록 온도 제어부(120)의 제어에 의해 열원 장치(20)를 구동할 수 있다. 디스플레이부(140)는 온도 제어부(120)의 제어에 의해 웨이퍼(50)의 온도 등의 정보를 디스플레이할 수 있다.

또한, 도면에 도시하지 않았지만, 챔버(10)의 외부에, 챔버(10) 안으로 급속 열처리용 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하며, 챔버(10)의 본체에는 가스 공급부가 공급하는 급속 열처리 공정용 가스를 챔버(10)의 내부로 주입하는 가스 주입구와, 급속 열처리 공정을 처리 완료한 가스를 챔버(10)의 외부로 배출하는 가스 배출구가 설치되어 있다. 물론, 가스 공급부 등을 비롯한 급속 열처리 장치의 공지된 각 부분의 동작을 제어하는 중앙 제어부도 구비되어 있음은 당연하다.

한편, 설명의 편의상 본 발명은, 온도측정용 웨이퍼(50)와 급속 열처리용 웨이퍼(1)를 사용하고 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 재질이나 형상의 온도측정용 기판과 급속 열처리용 기판을 사용하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 급속 열처리 장치는, 웨이퍼(1)와 동일한 재질의 웨이퍼(50)에 서모커플(60)을 접촉시켜 웨이퍼(50)의 온도를 측정함으로써 웨이퍼(50)의 측정온도값을 웨이퍼(1)의 측정온도값으로 간주할 수 있다. 그러므로 본 발명은 서모커플(60)을 이용하면서도 웨이퍼(1)에 접촉하지 않고 웨이퍼(1)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은 고가의 파이로미터에 비해 저렴한 서모커플을 사용하기 때문에 급속 열처리 장치의 제조원가를 절감할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 지지부에 온도측정용 웨이퍼가 지지되어 있는 일례를 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 지지부에 온도측정용 웨이퍼가 지지되어 있는 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 지지부(70)의 일부분에는 중공부, 예를 들어 지지부(70)의 중심(O) 근처에서 반경방향으로 지지부(70)의 외주면까지 나아감에 따라 그 양측면 사이의 폭이 넓어지는 대략 부채꼴 형태의 중공부(도 10 내지 도 12의 중공부(71) 참조)가 형성되어 있다. 지지부(70)의 중공부에는 중공부와 대략 같은 크기를 갖는 대략 부채꼴 형태의 온도측정용 웨이퍼(50)가 삽입되어 있다. 마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지부(70)에 2개의 중공부가 180도 이격되어 대칭으로 형성될 수 있으며, 각각의 중공부에 웨이퍼(50)가 삽입되어 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각 웨이퍼(50)의 상부면에는 지지부(70)의 중심(O) 근처에서 반경방향으로 웨이퍼(50)의 외주면까지 나아감에 따라 미리 정해진 간격을 두고 복수개 예를 들어 3개의 서모커플(60)의 접점부(61)가 일렬로 배열되어 있다. 각 서모커플(60)의 와이어(wire)(63)는 해당하는 접점부(61)와 전기적으로 연결되며 연장되어 있다.

여기서, 웨이퍼(50)의 크기가 클수록 열원 장치(20)의 광이 웨이퍼(50)에 의해 차단되는 웨이퍼(1)의 면적이 넓어져 웨이퍼(1)의 전역에 걸쳐 온도 균일성이 악화되므로 서모커플(60)의 설치 가능성을 고려하여 가능한 한 웨이퍼(50)를 웨이퍼(1)보다 작게 만들되, 중심(O)에 인접한 웨이퍼(50)의 내측 단부를 가능한 한 최소의 폭으로 만드는 것이 좋다.

또한, 지지부(70)의 중심(O)의 직하에 위치하는 웨이퍼(1)의 해당하는 지점이 회전하는 웨이퍼(50)에 의해 항상 가려지는 것을 방지하기 위해 웨이퍼(50)의 내측 단부가 중심(O)에서 반경방향 외측으로 일정 거리, 예를 들어 10mm 이상으로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1)의 온도 편차를 줄이기 위해, 웨이퍼(50)의 외측 단부가 웨이퍼(1)의 외측 단부까지 연장되는 것이 바람직하다.

한편, 2개의 온도측정용 웨이퍼(50)가 지지부(70)에 설치되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 2개보다 많은 복수개의 온도측정용 웨이퍼(50)가 지지부(70)에 설치되는 것도 가능하다. 또한, 지지부(70)의 중심(O)에서 반경방향으로 웨이퍼(50)의 외측면까지 나아감에 따라 미리 정해진 간격을 두고 3개의 접점부(61)가 배열되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 1개, 2개, 또는 3개보다 많은 복수개의 접점부(61)가 웨이퍼(50)에 배열되는 것도 가능하다. 또한, 지지부(70)의 중공부와 웨이퍼(50)를 부채꼴 외에도 직사각형 등 실시 가능한 다양한 형태로 형성할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 관통홀에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 일례를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 관통홀에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 서모커플(60)은 직경이 대략 동일한 구형의 접점부(61)를 갖고 있다. 웨이퍼(50)의 관통홀(51), 예를 들어 원형 관통홀의 직경이 접점부(61)의 직경과 대략 동일하다. 각각의 접점부(61)가 웨이퍼(50)의 해당하는 관통홀(51) 내에 삽입되어 있고, 각각의 와이어(63)는 해당하는 접점부(61)에 일체로 연결되어 있고 도 1에 도시된 열원 장치(20)를 향하는 관통홀(51)의 상측 개구부를 통해 외부로 연장된다. 관통홀(51)의 깊이가 접점부(61)의 직경보다 큰 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 접점부(61)의 일부분이 도 1에 도시된 웨이퍼(1)를 향하는 관통홀(51)의 하측 개방구보다 하측에 위치하거나, 도 5에 도시된 바와 같이 접점부(61) 전체가 관통홀(51)의 하측 개방구보다 상측에 위치할 수 있다.

한편, 도면에 도시된 바와 같이 접점부(61)의 상측 부분이 상측 개방구를 통해 노출되어 있거나, 도면에 도시하지 않았지만, 접점부(61)의 상측 부분이 고온용 접착제 또는 웨이퍼(50)와 동일한 재질의 조각 웨이퍼로 덮여 있는 것도 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 홈에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 일례를 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 웨이퍼의 홈에 온도측정용 서모커플의 접점부가 배치된 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 서모커플(60)은 직경이 대략 동일한 구형의 접점부(61)를 갖고 있다. 웨이퍼(50)의 홈(53,55), 예를 들어 원형 홈의 직경이 접점부(61)의 직경과 대략 동일하다. 접점부(61)가 웨이퍼(50)의 해당하는 홈(53,55) 내에 각각 삽입되어 있고, 각각의 와이어(63)는 해당하는 접점부(61)에 일체로 연결되고 도 1에 도시된 열원 장치(20)를 향하는 홈(53,55)의 상측 개구부를 통해 외부로 연장된다. 도 1에 도시된 열원 장치(20)를 향하는 홈(55)의 깊이(D2)가 홈(53)의 깊이(D1)보다 깊고, 홈(53)의 깊이(D1)가 접점부(61)의 직경보다 작을 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 접점부(61)의 상측 부분이 홈(53)의 입구보다 상측에 위치하거나, 도 7에 도시된 바와 같이 접점부(61)의 상측 부분이 홈(55)의 입구보다 하측에 위치할 수 있다.

한편, 도면에 도시된 바와 같이 접점부(61)의 상측 부분이 노출되어 있을 수 있거나, 도면에 도시하지 않았지만, 접점부(61)의 상측 부분이 고온용 접착제 또는 웨이퍼(50)와 동일한 재질의 조각 웨이퍼로 덮여 있는 것도 가능하다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 서모커플의 와이어가 온도측정용 웨이퍼에 배치된 일례를 나타낸 예시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 온도측정용 서모커플의 와이어가 온도측정용 웨이퍼에 배치된 다른 예를 나타낸 예시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 서모커플의 와이어(63)를 웨이퍼(50)의 상부면과 직접 접촉하지 않도록 웨이퍼(50)의 상부면에서 상측으로 일정 거리를 두고 이격하여 배치될 수 있다.

또한, 온도측정용 웨이퍼(50)는 도 8과 같이 부채꼴 형상으로 구성될 수 있다. 다만, 상기 온도측정용 웨이퍼(50)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 온도측정용 웨이퍼(50)는 직육면체 형상으로 구성될 수도 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 서모커플의 와이어(63)를 가이드하도록 와이어(63)를 웨이퍼(50)의 가이드 홈(57) 내에 배치할 수 있다. 가이드 홈(57)은 와이어(63)를 미리 정해진 연장 경로를 따라 웨이퍼(50)의 반경방향으로 가이드하기 위해 웨이퍼(50)의 상부면에 형성되어 있고, 도 4 내지 도 7에 도시된 관통홀(51) 또는 홈(53,55)과 일대일 대응하여 연통되며 연장된다. 만일 가이드 홈(57)을 따라 배치된 와이어(63)의 일부분이 웨이퍼(50)와 접촉할 경우 웨이퍼(50)가 고온이면 웨이퍼(50), 예를 들어 실리콘 웨이퍼와 반응하여 합금을 형성함으로써 와이어(63)의 해당하는 부분이 녹아서 끊어질 경우가 발생할 수 있다. 따라서 고온용 접착제(미도시) 등으로 와이어(63)를 가이드 홈(57)에 접착하여 와이어(63)와 웨이퍼(50)가 직접 접촉하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

한편, 설명의 편의상 설명의 이해를 돕기 위하여, 각각의 서모커플(60)의 와이어(63)가 1개 와이어로 구성된 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는 다른 재질의 2개 와이어, 예를 들어 알루멜 재질의 와이어와 크로멜 재질의 와이어로 구성되거나 그 외의 다른 재질로 구성될 수 있으며 2개 와이어의 선단부가 서모커플의 접점부에서만 접합된다. 접점부를 제외한 2개 와이어의 일부분이 서로 접촉되는 것을 방지하기 위해 2개 와이어를 물리적으로 이격시키거나 2개 와이어를 퀄츠 또는 세라믹과 같은 절연성 재질의 보호막으로 감싸줄 수 있다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 지지부(70)의 내부에 중공부(71)가 형성되어 있다. 중공부(71)는, 웨이퍼(50)를 수용할 수 있는 빈 공간을 갖고 있으며, 도 2 또는 도 3에서 설명한 웨이퍼(50)와 같은 형태로 형성될 수 있다.

또한, 중공부(71)는, 도 10에 도시된 바와 같이 중공부(71)에 연통된 상측 개방구 및 하측 개방구가 모두 밀폐되어 있거나, 도 11에 도시된 바와 같이 중공부(71)의 상측 및 하측 일부분에 상측 개방구(73) 및 하측 개방구(75)가 각각 형성되어 있거나, 도 12에 도시된 바와 같이, 중공부(71)의 상측 일부분에 상측 개방구(73)만이 형성되어 있을 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 웨이퍼(1)의 온도를 정확하게 측정하기 위해 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1) 사이의 거리를 줄일 수 있도록 웨이퍼(50) 아래에 위치하는 지지부(70)의 몸체부를 가능한 한 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만, 웨이퍼(50)의 안정적인 지지를 위해 웨이퍼(50)의 일부분, 예를 들어 대향하는 양쪽의 가장자리부가 예를 들어 고온용 접착제(79)에 의해 지지부(70)의 해당하는 부분에 접착될 수도 있다. 웨이퍼(50)의 안정적인 지지 및 웨이퍼(50)와 지지부(70)의 접촉 방지를 위해 웨이퍼(50)의 대향하는 양측의 하면부가 오목볼록 구조의 기계적인 결합 방식에 의해 지지부(70)의 해당하는 부분에 지지되는 것도 가능하다.

도 13에 도시된 바와 같이, 지지부(80)는 도 2 및 도 3에 도시된 지지부(70)를 대체할 수 있는 1개의 지지부로서, 수직부(81), 상측 수평 돌출부(83) 및 하측 수평 돌출부(85)를 갖고 있다.

여기서, 수직부(81)는 투광 재질, 예를 들어 퀄츠로 형성될 수 있으며, 수직으로 연장되는 부재이다. 상측 수평 돌출부(83) 및 하측 수평 돌출부(85)는, 수직부(81)에 일체로 연결되며 투광 재질, 예를 들어 퀄츠로 형성되고, 도 1의 중심(O)에 인접하여 배치되는 온도측정용 웨이퍼(50)의 내측 가장자리부보다 폭이 넓은 온도측정용 웨이퍼(50)의 외측 가장자리부의 일부분을 상측 수평 돌출부(83) 및 하측 수평 돌출부(85) 사이에 끼워서 지지 가능하도록 상하로 일정 간격을 두고 이격되고 수평으로 대향하여 연장된다. 또한, 웨이퍼(50)의 안정적인 지지를 위해 상측 수평 돌출부(83) 및 하측 수평 돌출부(85)는 고온 접착제(87)에 의해 웨이퍼(50)의 상면 및 하면에 각각 접착될 수도 있다. 온도측정용 웨이퍼(50)를 수직 승강하도록 수직부(81)의 하부에 통상적인 수직 승강 기구(미도시)가 기계적으로 연결될 수가 있다

또한, 사용자는 챔버(10)의 외부에서 온도측정용 웨이퍼(50)와, 서모커플(60)과, 상기 지지부(80)를 조립하여 독립적인 모듈을 구성할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만, 지지부(80)는, 서로 이격되며 수평으로 2개 이상 복수개 설치될 수도 있으며, 지지부(70)와 마찬가지로, 온도측정용 웨이퍼(50)를 수직 승강하도록 지지부(80)의 수직부(85)에 다양한 체결 방식에 의해 통상적인 수직 승강 기구(미도시)가 연결될 수 있다. 물론, 지지부(80)는 도시된 구조에 한정되지 않고 웨이퍼(50)를 안정적으로 지지할 수 있으면 다양한 구조로 구성될 수 있음은 당연하다.

다른 예로서, 상기 지지부(80)는 상기 고온 접착제(87) 및 온도측정용 웨이퍼(50)의 수용 공간을 제공하도록 소정의 홈이 형성되는 직육면체 형상의 판재를 포함할 수 있다. 즉, 상기 판재의 일면으로부터 내측으로 함몰되는 홈에는 상기 온도측정용 웨이퍼(50)가 삽입되고, 상기 홈에 삽입된 온도측정용 웨이퍼(50)와 상기 판재 사이의 공간에 상기 고온 접착제(87)가 배치된다. 따라서, 상기 고온 접착제(87)는 상기 온도측정용 웨이퍼(50)와 상기 판재를 열적 또는 전기적으로 차폐시킬 수 있다. 이때, 상기 판재는 서모커플(60)과 전기적으로 절연되어 있으며, 챔버(10)의 내부와 외부 사이를 차폐시킴으로써 상기 챔버의 내부와 외부의 압력 차이를 유지할 수 있게 한다.

상기 온도측정용 웨이퍼(50)는 부채꼴 형상 뿐만 아니라 직육면체 형상으로도 구성될 수도 있다. 또한, 상기 고온 접착제(87)는 상기 온도측정용 웨이퍼(50)와 상기 판재를 열적 또는 전기적으로 차폐시키기 위하여 세라믹, 유리 또는 석영과 같은 재질로 제조된다. 이에 더하여, 상기 챔버(10)는 SUS 또는 Al 재질로 제조되고, 상기 판재는 상기 챔버(10)와 동일한 재질로 제조될 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 지지부(90)는 도 2 및 도 3에 도시된 지지부(70)를 대체할 수 있는 1개의 지지부로서, 도 1의 중심(O)에 인접한 내측 가장자리부보다 폭이 넓은 외측 가장자리부를 가지며, 투광 재질, 예를 들어 퀄츠로 형성될 수 있다. 지지부(90)의 상부면 중앙부에, 온도측정용 웨이퍼(50)를 수용하기 위한 홈부(91)가 형성되어 있다.

또한, 홈부(90)는, 도 1의 중심(O)에 인접한 내측 가장자리부보다 외측 가장자리부가 폭이 더 넓게 형성되며, 내측면부에 온도측정용 웨이퍼(50)를 걸쳐놓기 위한 단차부(미도시)가 형성될 수 있다. 웨이퍼(50)의 안정적인 지지를 위해 웨이퍼(50)가 예를 들어 고온 접착제(미도시)에 의해 홈부(91)의 단차부에 접착될 수도 있다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만, 지지부(90)는 서로 이격되며 수평으로 2개 이상 복수개 설치될 수도 있다. 지지부(90)는 온도측정용 웨이퍼(50)를 수직 승강하도록 지지부(90)의 외측 가장자리부에 다양한 체결 방식에 의해 통상적인 수직 승강 기구가 연결될 수 있다. 물론, 지지부(90)는 도시된 대략 삼각형의 판 구조에 한정되지 않고 웨이퍼(50)를 안정적으로 지지할 수 있으면 다양한 형상의 구조로 구성될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 급속 열처리 장치(100)의 경우, 웨이퍼(1)가 웨이퍼 지지대(30)에 지지되고, 온도측정용 웨이퍼(50)가 지지부(70,80)에 의해 웨이퍼(1) 상에 일정 거리를 두고 이격하며 지지된 상태에서, 웨이퍼 지지대(30)의 수평 회전에 따라 웨이퍼(1)가 수평 회전하고 이러한 웨이퍼(1)에 열원 장치(20)의 광이 조사되면, 웨이퍼(1)와 웨이퍼(50)가 급속 가열된다.

이때, 웨이퍼(1)와 웨이퍼(50)가 동일 재질로 형성되어 있기 때문에, 서모커플(60)에 의해 측정된 웨이퍼(50)의 온도는, 웨이퍼(1)의 실제 온도와 거의 동일하다고 볼 수 있다. 따라서 웨이퍼(1)의 온도를 비접촉식으로 실시간으로 정확하게 측정하는 것이 가능하다.

또한, 서모커플(60)에 의해 측정된 웨이퍼(50)의 온도를 웨이퍼(1)의 실제 온도와 완전히 동일한 값으로 만들어주기 위해, 시뮬레이션이나 실제의 실험을 통해 웨이퍼(50)와 웨이퍼(1) 사이의 이격 거리에 따라 서모커플(60)에 의해 측정된 웨이퍼(50)의 온도와 웨이퍼(1)의 실제 온도 사이의 미소한 온도편차를 알아내고 이 온도편차를 웨이퍼(50)의 측정 온도에 반영할 수 있도록 제어부를 소프트웨어적으로 처리해줌으로써 웨이퍼(1)의 온도를 실시간으로 더욱 정확하게 측정하는 것도 가능하다.

또한, 온도측정용 웨이퍼(50)가 지지부(70,80)에 의해 안정적으로 지지되기 때문에, 서모커플(60) 또한 안정적으로 지지될 수가 있다. 따라서 웨이퍼의 온도를 정확하게 측정하는 것이 가능하다.

또한, 웨이퍼의 온도를 측정하기 위해 고가의 파이로미터 대신에 서모커플을 사용하기 때문에 급속 열처리 장치의 제조 원가를 절감하는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 급속 열처리 장치를 사용하면, 대면적 기판의 전역에 걸쳐서 온도의 균일성을 확보할 수 있고, 설정 온도와 실제 기판 온도 사이의 편차가 종래 기술에 비해 현저히 감소하게 되므로, 기판의 온도를 실시간으로 정확하게 측정하는 것이 가능하다.

이상으로 본 발명에 따른 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명했지만 구체적인 구성은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다.

본 발명에 따르면 급속 열처리 장치 내의 기판의 온도를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있고, 비접촉식 급속 열처리 장치의 제조 원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 급속 열처리 장치는 태양전지의 불순물 확산 공정 및 후면 전계 형성 공정, 전극 소성 공정에 이용할 수 있다. 또한, 가스센서 검지 전극 물질의 열처리 공정에 이용할 수 있다. 또한, 각종 금속, 금속 산화막, 세라믹, 유리, 퀄츠, 폴리머 등의 단일 또는 복합 물질에서 열처리 공정에 이용할 수 있다.

Claims

급속 열처리용 챔버;

상기 챔버의 내부 하측에 배치되어 급속 열처리용 기판을 지지하며 회전시키는 지지대;

상기 챔버의 내부 상측에 배치되어 광을 방사함으로써 상기 급속 열처리용 기판을 급속 가열하는 열원 장치;

상기 급속 열처리용 기판의 일부분 상에 이격 거리를 두고 배치되며, 상기 급속 열처리용 기판과 같은 재질로 이루어진 온도측정용 기판;

상기 온도측정용 기판에 설치되어 상기 온도측정용 기판의 온도를 측정하는 온도측정용 서모커플;

상기 온도측정용 기판을 지지하는 투광 재질의 지지부; 및

상기 지지부와 상기 열원 장치 사이에 배치되어 챔버의 양쪽 내부 공간을 격리하는 투광판을 포함하며,

상기 서모커플에 의해 측정된 상기 온도측정용 기판의 온도를 상기 급속 열처리용 기판의 온도로 간주하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 지지부는 상기 온도측정용 기판을 삽입하기 위한 중공부를 갖는 판재인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 지지부는 상기 중공부의 상측 개방구를 갖는 판재인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 지지부는 상기 중공부의 상측 개방구 및 하측 개방구를 갖는 판재인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 온도측정용 기판이 고온용 접착제에 의해 상기 지지부에 접착되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 지지부는, 1개 이상 복수개의 온도측정용 기판을 삽입하기 위한 중공부를 갖는 판재인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 지지부는, 부채꼴 형태의 온도측정용 기판을 삽입하기 위한 부채꼴 형태의 중공부를 갖는 판재인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 지지부는 상기 온도측정용 기판의 가장자리부의 일부분을 끼워서 지지하도록 이격거리를 두고 이격된 상측 수평 돌출부 및 하측 수평 돌출부와, 상기 상측 수평 돌출부 및 하측 수평 돌출부에 일체로 연결된 수직부를 갖는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 서모커플은 1개 이상 복수개의 서모커플로 구성되고, 상기 서모커플의 각각은 상기 온도측정용 기판의 해당하는 관통홀에 삽입된 접점부와, 상기 접점부에 일체로 연결된 와이어를 갖는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 서모커플은 1개 이상 복수개의 서모커플로 구성되고, 상기 서모커플의 각각은 상기 온도측정용 기판의 해당하는 홈에 삽입된 접점부와, 상기 접점부에 일체로 연결된 와이어를 갖는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 와이어는 상기 온도측정용 기판의 상부면 상에 이격 거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 와이어는 상기 온도측정용 기판의 상부면에 형성된 가이드 홈 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 지지부의 상부면 중앙부에 상기 온도측정용 기판을 수용하기 위한 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.