WO2022169143A1 - 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치 - Google Patents

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WO2022169143A1
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temperature
reaction tube
region
diffusion furnace
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임태화
한종훈
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주식회사 알씨테크
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
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    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
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Definitions

  • the present invention relates to a temperature control device for a diffusion furnace for wafer deposition, and more particularly, a heater based on the detected temperature of each wafer accommodated in the entire area of a boat through an infrared image analysis taken through a thermal imaging camera. It relates to a technology that allows the temperature of individual wafers to be maintained more uniformly by controlling the heating temperature of the coil.
  • the process of producing a semiconductor device is made by a series of processes that selectively perform processes such as exposure, etching, diffusion, and deposition, and the diffusion and deposition processes are performed by injecting a process gas in a high-temperature atmosphere to form silicon on the wafer. It is a process of depositing a film or a metal film.
  • a diffusion furnace in which a tube-shaped reaction tube is accommodated is widely used.
  • a diffusion furnace is a batch in which a plurality of wafers are loaded at once to uniformly process the process. (batch) method is mainly used.
  • FIG. 1 schematically shows the internal configuration of a conventional diffusion furnace.
  • the temperature control device of a conventional diffusion furnace is installed inside a diffusion furnace including a reaction tube T in which a boat B in which a wafer is accommodated and a process for the wafer is performed, and the boat B ) to maintain a uniform temperature of the wafers accommodated in the process, and includes a heater unit 100 , an internal thermocouple thermometer 200 , an external thermocouple thermometer 300 , and a control unit 400 .
  • the heater unit 100 includes a plurality of heater coils 101 installed along the circumference of the reaction tube T and individually heating five regions A to E partitioned along the longitudinal direction of the reaction tube T; It includes a heater coil 101 and a heater housing 102 accommodating the heater coil 101 therein.
  • the internal thermocouple thermometer 200 is installed in each of the five regions inside the reaction tube T to measure the temperature of each region inside the reaction tube T.
  • the external thermocouple thermometer 300 is installed in each of the five regions of the outer surface of the heater housing 102 to measure the temperature of each region inside the diffusion furnace.
  • the controller 400 controls the heater unit 100 based on the temperature measured by the internal thermocouple thermometer 300 and the external thermocouple thermometer 400 .
  • each heater coil 101 based on the temperature of each region inside the reaction tube T measured from the internal thermocouple thermometer 300 and the temperature of each region inside the diffusion furnace measured from the external thermocouple thermometer 400 .
  • the conventional method described above does not directly detect the temperature of a plurality of wafers accommodated in the entire area of the boat B, but the internal temperature of the reaction tube B and the external thermocouple thermometer measured from the internal thermocouple thermometer 200 . Since the temperature of the wafer cannot be directly detected in an indirect way of maintaining the temperature of the wafer uniformly by controlling the heating temperature of each heater coil 101 based on the internal temperature of the diffusion furnace measured from 300, the wafer temperature cannot be directly detected. There is a problem in that it is difficult to accurately check whether the temperature of the
  • thermocouple thermometer 200 when any one of the internal thermocouple thermometer 200 or the external thermocouple thermometer 300 fails, a large economic loss may occur due to process failure due to the temperature non-uniformity of the wafer.
  • the temperature of each wafer accommodated in the entire region of the boat B is adjusted.
  • a temperature control device for a diffusion furnace that can prevent the occurrence of process defects due to wafer temperature non-uniformity even if a failure of the thermocouple thermometers 200 and 300 occurs is urgently required. there is a situation.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to analyze the infrared image captured by a thermal imaging camera based on the detected temperature of each wafer accommodated in the entire area of the boat.
  • An object of the present invention is to provide a temperature control device for a diffusion furnace for wafer deposition that allows the temperature of individual wafers to be more uniformly maintained by controlling the heating temperature of the coil.
  • a diffusion furnace for wafer deposition comprising a reaction tube in which a plurality of wafers are accommodated along a longitudinal direction and a boat rotating in one direction is accommodated, installed along the circumference of the reaction tube and , a heater unit for individually heating each region of the reaction tube partitioned into a plurality along the longitudinal direction, and an internal thermocouple thermometer installed inside each region of the reaction tube and detecting the internal temperature of the reaction tube, and the reaction tube
  • An external thermocouple thermometer installed outside each region of the diffusion furnace to detect the internal temperature of the diffusion furnace and a plurality of wafers stored in the boat at least tilting or vertically movable at least on the side of the boat among the inside of the reaction tube
  • a camera unit including at least one thermal imaging camera for capturing an infrared image of
  • a temperature control device for a diffusion furnace for wafer deposition comprising a controller for controlling driving of the heater unit based on the temperature of each wafer.
  • control unit specifies each wafer area in the infrared image, converts each specified wafer area into a 3D coordinate value, and a brightness value of a pixel corresponding to a 3D coordinate value of each converted wafer area is calculated, and the temperature of each wafer is detected by calculating a temperature corresponding to a three-dimensional coordinate value of each wafer area based on the calculated brightness value of the pixel.
  • the camera unit further comprises a CCD camera for photographing visible light images of the plurality of wafers housed in the boat, wherein the control unit specifies each wafer area in the visible light image of the plurality of wafers, and then each wafer area is converted into a three-dimensional coordinate value, and a brightness value of a pixel corresponding to a three-dimensional coordinate value in the infrared image that matches the three-dimensional coordinate value of each wafer area is calculated, and based on the calculated brightness value of the pixel It is characterized in that the temperature of each wafer is detected by calculating the temperature corresponding to the three-dimensional coordinate value of each wafer area.
  • the controller recognizes the region as the wafer region.
  • control unit is characterized in that each wafer region is identified based on whether the edge of each wafer region includes a straight part, the position of the straight part, and ratio information between the length of the straight part and the total length of the straight part.
  • the temperature of individual wafers is controlled by controlling the heating temperature of the heater coil based on the detected temperature of each wafer accommodated in the entire area of the boat through the analysis of the infrared image captured by the thermal imaging camera.
  • the temperature of individual wafers is controlled by controlling the heating temperature of the heater coil based on the detected temperature of each wafer accommodated in the entire area of the boat through the analysis of the infrared image captured by the thermal imaging camera.
  • thermoimagine thermometer for detecting the temperature of individual wafers accommodated in the entire area of the boat is further provided, even if a thermocouple thermometer malfunctions, it is possible to prevent process defects from occurring due to the uneven temperature difference of the wafers.
  • FIG. 1 schematically shows the internal configuration of a conventional diffusion furnace.
  • Figure 2 schematically shows the internal configuration of a diffusion furnace in which a temperature control device according to an embodiment of the present invention is installed.
  • FIG. 3 is a view showing some examples of a plurality of comparative edge images in which edge information of a wafer is extracted from a photographed image taken from the side of a rotating wafer.
  • Fig. 4 is a diagram for explaining a method of identifying a region of a wafer from specified edge information of the wafer;
  • FIG. 5 schematically shows a wafer area divided into a plurality of pieces.
  • FIG. 2 schematically shows the internal configuration of a diffusion furnace in which a temperature control device according to an embodiment of the present invention is installed.
  • the temperature control device 1 for a diffusion furnace for wafer deposition accommodates a boat B rotating in one direction while accommodating a plurality of wafers along the longitudinal direction, It is installed inside the diffusion furnace in which the deposition process is performed to uniformly control the temperature of the wafers accommodated in the boat B, and includes a heater unit 10, an internal thermocouple thermometer 20, an external thermocouple thermometer 30, It includes a camera unit 40 and a control unit 50 .
  • the heater unit 10 is installed along the circumference of the reaction tube T, and includes a plurality of heater coils 11 and a heater installed in five regions A to E partitioned along the longitudinal direction of the reaction tube T. Compensating for the temperature difference according to the location of each area inside the reaction tube (T) divided into five areas through each heater coil 11, including a heater housing 12 for accommodating the coil 11 therein. It serves to maintain a uniform temperature of each wafer accommodated in the entire area of the boat (B) by maintaining the internal temperature of the reaction tube (T) uniformly.
  • the internal thermocouple thermometer 20 is installed at each of the five regions inside the reaction tube T to detect the temperature of each region inside the reaction tube T, and the detected temperature of each region of the reaction tube T It serves to provide to the control unit (50).
  • the external thermocouple thermometer 30 is installed in each of the five regions of the outer surface of the heater housing 12 to detect the temperature of each region inside the diffusion furnace, and controls the detected temperature of each region inside the diffusion furnace ( 50) serves to provide
  • the camera unit 40 is installed in the space between the boat B and the reaction tube T so as to detect the temperature of individual wafers by photographing infrared images of a plurality of wafers accommodated in the boat B. , a support frame 41 and a thermal imaging camera 42 .
  • the support frame 41 is installed in the space between the boat B and the reaction tube T along the longitudinal direction of the boat B, and provides an installation area for the thermal imaging camera 42 .
  • the thermal imaging camera 42 is installed to be able to tilt or move up and down, respectively, on one side of the support frame 41 at positions corresponding to the five regions a to e partitioned along the longitudinal direction of the boat B, Infrared images of a plurality of wafers accommodated in each area of the boat B are captured and transmitted to the control unit 50 .
  • the thermal imaging cameras 42 may photograph a plurality of wafers by changing the photographing direction of the detection target wafer through tinting or vertical movement, and it is possible to detect the temperature of the upper surface or the lower surface of the wafer according to the photographing direction.
  • the thermal imaging cameras 42 are capable of tilting and vertical movement at the same time, so that it is possible to recognize the wafer and detect the temperature of the upper or lower surface of the wafer more easily.
  • the control unit 50 analyzes the infrared image captured by the thermal imaging camera 42 to specify each wafer area accommodated in each area of the boat B, and detects the temperature of each wafer area.
  • the controller 50 converts each wafer region recognized based on the infrared image taken by the thermal imaging camera 42 into a three-dimensional coordinate value, and corresponds to the three-dimensional coordinate value of each converted wafer region.
  • the controller 50 converts each wafer region recognized based on the infrared image taken by the thermal imaging camera 42 into a three-dimensional coordinate value, and corresponds to the three-dimensional coordinate value of each converted wafer region.
  • the control unit 50 controls the internal temperature of the reaction tube T detected through the internal thermocouple thermometer 20, the internal temperature of the diffusion furnace detected through the external thermocouple thermometer 30, and each detected from the camera unit 40.
  • the control unit 50 controls the internal temperature of the reaction tube T detected through the internal thermocouple thermometer 20, the internal temperature of the diffusion furnace detected through the external thermocouple thermometer 30, and each detected from the camera unit 40.
  • the temperature controller 1 of the diffusion furnace for wafer deposition detects the temperature of each wafer accommodated in the entire area of the boat B through infrared image analysis, Each heater unit 10 by adjusting the amount of current supplied to each heater coil 11 based on the detected temperature of each wafer and the temperature measured from the internal thermocouple thermometer 20 and the external thermocouple thermometer 30 . ) by individually controlling the heating temperature of each wafer accommodated in the entire area of the boat (B) can be maintained more uniformly.
  • thermocouple thermometer As a thermal imaging camera for detecting the temperature of each wafer is further provided with an internal thermocouple thermometer and an external thermocouple thermometer for detecting the internal temperature of the reaction tube and the diffusion furnace, the thermocouple thermometer is malfunctioning. Even if it occurs, since the temperature of each wafer can be detected through the thermal imaging camera, it is possible to prevent process defects from occurring due to the non-uniform temperature difference of the wafers.
  • FIG. 3 is a view showing some examples of a plurality of comparative edge images in which edge information of a wafer is extracted from a photographed image of a rotating wafer from the side
  • FIG. 4 is a method of identifying a region of a wafer from edge information of a specified wafer
  • FIG. 5 schematically shows a wafer area divided into a plurality of pieces.
  • the temperature control device 1 of a diffusion furnace for wafer deposition is a template image regarding the shape of a wafer in a plurality of photographed images taken from the side of a rotating wafer. holds
  • the wafer includes a circular arc portion (C) and a straight portion (L, flat zone) formed on one side of the arc portion (C).
  • the controller 50 recognizes the region as a wafer region.
  • control unit 50 determines whether a straight line part is included in the edge shape of the area recognized as the wafer area in the infrared image or based on the position of the straight part in the detected edge shape and the ratio information between the length of the straight part and the total length of the straight part.
  • the area of the wafer can be identified.
  • control unit 50 shows the area of the wafer shown in the infrared image in FIG. 5 . It is recognized as the front area (F) of the wafer as shown.
  • the controller 50 when a part of the straight part L is included in the shape of the edge of the wafer, the controller 50 is positioned on the left side of the infrared image. , if it is determined that the length d1 of the included linear portion L is less than or equal to a certain value (for example, 1/5 of the total length d) compared to the total length d of the linear portion L, within the infrared image
  • a certain value for example, 1/5 of the total length d
  • the control unit 50 the position of the straight line portion (L) included in the edge shape of the wafer is located on the right side of the infrared image, the length (d2) of the included straight line portion (L) If it is determined that is less than a certain value (for example, 1/5 of the total length d) compared to the total length d of the straight line part L, the area of the wafer shown in the infrared image is set as shown in FIG. It is recognized as the left area (L) of the wafer.
  • a certain value for example, 1/5 of the total length d
  • the controller 50 controls the area of the wafer shown in the infrared image of the wafer as shown in FIG. 5 . It is recognized as the rear area (B).
  • the present invention provides an omnidirectional view of each wafer based on the position of the straight part L included in the edge information of the wafer and the ratio of the length of the straight part L and the total length of the straight part L. Since the region can be easily identified, the temperature of the omnidirectional region of the wafer can be more reliably monitored.
  • the apparatus for controlling the temperature of a diffusion furnace for wafer deposition may further include a CCD camera that captures a visible light image of the wafer accommodated in the entire area of the boat in the camera unit.
  • the CCD camera as described above is installed to be tiltable on the adjacent side of each thermal imaging camera, and moves vertically along with the vertical movement of each thermal imaging camera.
  • the control unit 50 captures visible light images of wafers photographed by the CCD camera, specifies a wafer area in the photographed visible light image, converts each specified wafer area into a three-dimensional coordinate value, and In the infrared image, a brightness value of a pixel corresponding to a 3D coordinate value in the infrared image that matches the 3D coordinate value of the wafer area is calculated, and a 3D coordinate value of each wafer area based on the calculated brightness value of the pixel By calculating the temperature corresponding to , the temperature of individual wafers accommodated in the entire area of the boat is detected.
  • the temperature control apparatus of a diffusion furnace for wafer deposition according to another embodiment of the present invention more accurately determines the wafer area by specifying the wafer area in the visible light image that can more reliably identify the wafer area compared to the infrared image. Since it can be specified, the measurement accuracy is further improved.
  • the wafer region is more clearly identified through the visible light image, only a desired part of the wafer region can be specified and the temperature of the corresponding part can be quickly detected.

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Abstract

본 발명은 웨이퍼가 수납되고 일방향으로 회전하는 보트가 수용된 반응관을 포함하는 웨이퍼 증착용 확산 노에 있어서, 상기 반응관의 둘레를 따라 설치되고, 길이 방향을 따라 복수개로 구획된 상기 반응관의 각 영역을 개별적으로 가열하는 히터부 및 상기 반응관의 각 영역 내부에 설치되고, 상기 반응관의 내부온도를 검출하는 내부 열전대 온도계 및 상기 반응관의 각 영역 외부에 설치되고, 상기 확산 노의 내부온도를 검출하는 외부 열전대 온도계 및 상기 반응관의 내부 중 상기 보트의 측방에 적어도 틸팅 또는 상하 이동 가능하게 설치되되, 상기 보트에 수납된 다수의 웨이퍼의 적외선 영상을 촬영하는 적어도 하나의 열화상 카메라를 포함하는 카메라부 및 상기 내부 열전대 온도계로부터 검출된 반응관의 내부온도, 상기 외부 열전대 온도계로부터 검출된 확산 노의 내부온도 및 상기 카메라부로부터 검출된 각각의 웨이퍼의 온도에 기초하여 상기 히터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치
본 발명은 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열화상 카메라를 통해 촬영된 적외선 영상 분석을 통해 보트의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 검출된 온도에 기초하여 히터코일의 가열온도를 제어함에 따라 개별 웨이퍼의 온도를 보다 균일하게 유지할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 생산하는 공정은 노광, 식각, 확산, 증착 등의 공정을 선택적으로 수행하는 일련의 과정에 의해 이루어지고, 확산 및 증착 공정은 고온의 분위기에서 공정가스를 주입하여 웨이퍼 상에 실리콘막 또는 금속막을 증착하는 공정이다.
이러한 공정을 진행하기 위한 반도체 제조 설비로는 튜브(tube) 형태의 반응관이 내부에 수용된 확산 노(furnace)가 많이 사용되는데, 이러한 확산 노는 다수의 웨이퍼를 한꺼번에 로딩하여 균일하게 공정을 진행하는 배치(batch) 방식을 주로 사용하고 있다.
한편, 위와 같은 배치 방식은 다수의 웨이퍼를 한꺼번에 처리하기 때문에 모든 웨이퍼에 대하여 균일한 조건으로 공정을 실시하는 것이 중요하다. 따라서 웨이퍼가 로딩된 확산로의 반응관 내에서 균일한 온도 분포를 유지하기 위한 온도 조절장치가 요구된다.
도 1은 종래 확산 노의 내부 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 을 참조하면, 종래 확산 노의 온도조절장치는 웨이퍼가 수납된 보트(B)가 수용되고 웨이퍼에 대한 공정이 실시되는 반응관(T)을 포함하는 확산 노의 내부에 설치되어 보트(B)에 수납된 웨이퍼들의 온도가 공정 과정에서 균일하게 유지되도록 하는 것으로서, 히터부(100), 내부 열전대 온도계(200), 외부 열전대 온도계(300) 및 제어부(400)을 포함한다.
히터부(100)는 반응관(T)의 둘레를 따라 설치되고 반응관(T)의 길이 방향을 따라 구획된 5개의 영역(A ~ E)을 개별적으로 가열하는 복수개의 히터코일(101)과 히터코일(101)과, 히터코일(101)을 내부에 수용하는 히터하우징(102)을 포함한다.
내부 열전대 온도계(200)는 반응관(T) 내부의 상기 5개의 영역의 각 개소에 설치되어 반응관(T)의 내부 각 영역의 온도를 측정한다.
외부 열전대 온도계(300)는 히터하우징(102)의 외면 중 상기 5개의 영역의 각 개소에 설치되어 확산 노 내부 각 영역의 온도를 측정한다.
제어부(400)는 내부 열전대 온도계(300) 및 외부 열전대 온도계(400)로부터 측정된 온도에 기초하여 히터부(100)를 제어한다.
이러한 종래 확산 노는 내부 열전대 온도계(300)로부터 측정된 반응관(T) 내부 각 영역의 온도와 외부 열전대 온도계(400)로부터 측정된 확산 노 내부 각 영역의 온도에 기초하여 각각의 히터코일(101)로 공급되는 전류의 양을 조절함으로써, 각각의 히터코일(101)의 가열온도를 개별적으로 제어하여 5개 영역으로 구획된 반응관(T) 내부의 위치에 따른 온도차를 보상하며, 이를 통해 공정 과정에서 보트(B)의 전 영역에 수납된 웨이퍼의 온도가 균일하게 유지되도록 한다.
그러나, 상기한 종래 방식은 보트(B)의 전 영역에 수납된 다수의 웨이퍼의 온도를 직접 검출하는 것이 아니라, 내부 열전대 온도계(200)로부터 측정된 반응관(B)의 내부온도 및 외부 열전대 온도계(300)로부터 측정된 확산 노의 내부온도에 기초하여 각각의 히터코일(101)의 가열온도를 제어하여 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지하는 간접적인 방식으로 웨이퍼의 온도를 직접적으로 검출할 수 없으므로 웨이퍼의 온도가 균일하게 유지되는지 정확하게 확인하기는 어려운 문제점이 있다.
또한, 상기한 종래 방식은 내부 열전대 온도계(200) 또는 외부 열전대 온도계(300) 중 어느 하나의 고장이 발생되는 경우, 웨이퍼의 온도 불균일에 따른 공정불량으로 커다란 경제적 손실을 초래할 수 있다.
이에 따라, 보트(B)의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 검출된 온도에 기초하여 히터코일(101)의 가열온도를 제어함으로써 보트(B)의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 온도를 보다 균일하게 유지되도록 함과 아울러, 열전대 온도계(200, 300)의 고장이 발생되더라도 웨이퍼의 온도 불균일에 따른 공정불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 확산 노의 온도 조절장치의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열화상 카메라를 통해 촬영된 적외선 영상 분석을 통해 보트의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 검출된 온도에 기초하여 히터코일의 가열온도를 제어함에 따라 개별 웨이퍼의 온도를 보다 균일하게 유지할 수 있도록 한 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 길이 방향을 따라 다수의 웨이퍼가 수납되고 일방향으로 회전하는 보트가 수용된 반응관을 포함하는 웨이퍼 증착용 확산 노에 있어서, 상기 반응관의 둘레를 따라 설치되고, 길이 방향을 따라 복수개로 구획된 상기 반응관의 각 영역을 개별적으로 가열하는 히터부 및 상기 반응관의 각 영역 내부에 설치되고, 상기 반응관의 내부온도를 검출하는 내부 열전대 온도계 및 상기 반응관의 각 영역 외부에 설치되고, 상기 확산 노의 내부온도를 검출하는 외부 열전대 온도계 및 상기 반응관의 내부 중 상기 보트의 측방에 적어도 틸팅 또는 상하 이동 가능하게 설치되되, 상기 보트에 수납된 다수의 웨이퍼의 적외선 영상을 촬영하는 적어도 하나의 열화상 카메라를 포함하는 카메라부 및 상기 내부 열전대 온도계로부터 검출된 반응관의 내부온도, 상기 외부 열전대 온도계로부터 검출된 확산 노의 내부온도 및 상기 카메라부로부터 검출된 각각의 웨이퍼의 온도에 기초하여 상기 히터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치가 제공된다.
여기서, 상기 제어부는 상기 적외선 영상에서 각각의 웨이퍼 영역을 특정한 후, 특정된 각각의 웨이퍼 영역을 3차원 좌표값으로 변환하고, 변환된 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 픽셀의 밝기값을 산출하며, 산출된 픽셀의 밝기값에 기초하여 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 온도를 계산하여 각각의 웨이퍼의 온도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 카메라부는 상기 보트에 수납된 다수의 웨이퍼의 가시광 영상을 촬영하는 CCD 카메라를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 다수의 웨이퍼의 가시광 영상에서 각각의 웨이퍼 영역을 특정한 후, 상기 각각의 웨이퍼 영역을 3차원 좌표값으로 변환하고, 상기 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값과 매칭되는 상기 적외선 영상 내의 3차원 좌표값에 해당하는 픽셀의 밝기값을 산출하고, 산출된 픽셀의 밝기값에 기초하여 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 온도를 계산하여 각각의 웨이퍼의 온도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 적외선 영상 내에 웨이퍼 템플릿 이미지와 일치하는 영역이 있는 경우 해당 영역을 웨이퍼 영역으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제어부는 각 웨이퍼 영역의 에지에 직선부가 포함되어 있는지의 여부, 직선부의 위치 및 직선부의 길이와 직선부의 전체길이 간의 비율 정보에 기초하여 각 웨이퍼 영역을 식별하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 열화상 카메라를 통해 촬영된 적외선 영상 분석을 통해 보트의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 검출된 온도에 기초하여 히터코일의 가열온도를 제어함에 따라 개별 웨이퍼의 온도를 보다 균일하게 유지할 수 있으므로 웨이퍼의 불균일한 온도차로 인한 공정불량을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 보트의 전 영역에 수납된 개별 웨이퍼의 온도를 검출하는 열화상 카메라가 더 구비됨에 따라 열전대 온도계의 고장이 발생되더라도 웨이퍼의 불균일한 온도차로 인한 공정불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 확산 노의 내부 구성을 개략적으로 도시한 것.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도조절장치가 설치되는 확산 노의 내부 구성을 개략적으로 도시한 것.
도 3은 회전하는 웨이퍼를 측면에서 촬영한 촬영영상에서 웨이퍼의 에지정보를 추출한 다수의 비교 에지영상의 일부 예시를 보여주는 도면.
도 4는 특정된 웨이퍼의 에지정보로부터 웨이퍼의 영역을 식별하는 방법을 설명하는 도면.
도 5는 다수 개로 구획된 웨이퍼 영역을 개략적으로 도시한 것.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도조절장치가 설치되는 확산 노의 내부 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도조절장치(1)는 길이 방향을 따라 다수의 웨이퍼를 수납한 채 일방향으로 회전하는 보트(B)가 수용되고, 증착 공정이 실시되는 확산 노 내부에 설치되어 보트(B)에 수납된 웨이퍼들의 온도를 균일하게 조절할 수 있도록 하는 것으로서, 히터부(10), 내부 열전대 온도계(20), 외부 열전대 온도계(30), 카메라부(40) 및 제어부(50)를 포함한다.
히터부(10)는 반응관(T)의 둘레를 따라 설치되고, 반응관(T)의 길이 방향을 따라 구획된 5개의 영역(A ~ E)에 설치되는 복수개의 히터코일(11)과 히터코일(11)을 내부에 수용하는 히터하우징(12)을 포함하고, 각각의 히터코일(11)을 통해 5개의 영역으로 구획된 반응관(T) 내부의 각 영역의 위치에 따른 온도차를 보상하여 반응관(T)의 내부온도가 균일하게 유지되도록 하는 것을 통해 보트(B)의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 온도가 균일하게 유지되도록 하는 역할을 한다.
내부 열전대 온도계(20)는 반응관(T) 내부의 상기 5개의 영역의 각 개소에 설치되어 반응관(T) 내부 각 영역의 온도를 검출하고, 반응관(T)의 각 영역의 검출된 온도를 제어부(50)로 제공하는 역할을 한다.
외부 열전대 온도계(30)는 히터하우징(12)의 외면 중 상기 5개의 영역의 각 개소에 설치되어 확산 노 내부 각 영역의 온도를 검출하고, 검출된 확산 노 내부 각 영역의 검출된 온도를 제어부(50)로 제공하는 역할을 한다.
카메라부(40)는 보트(B)와 반응관(T)의 사이 공간에 설치되어 보트(B)에 수납된 다수의 웨이퍼의 적외선 영상을 촬영하여 개별 웨이퍼의 온도를 검출할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 지지프레임(41) 및 열화상 카메라(42)를 포함한다.
지지프레임(41)은 보트(B)와 반응관(T)의 사이 공간에 보트(B)의 길이 방향을 따라 설치되고, 열화상 카메라(42)의 설치영역을 제공한다.
열화상 카메라(42)는 보트(B)의 길이 방향을 따라 구획된 5개의 영역(a ~ e)과 대응되는 위치에서, 지지프레임(41)의 일측에 각각 틸팅 또는 상하 이동 가능하게 설치되되, 보트(B)의 각 영역에 수납된 다수의 웨이퍼의 적외선 영상을 촬영하여 제어부(50)로 전송한다.
여기서, 열화상 카메라(42)들은 팅팅 또는 상하이동을 통해 검출 대상 웨이퍼에 대한 촬영 방향이 변경됨으로써 복수 개의 웨이퍼를 촬영할 수 있고, 촬영 방향에 따라 웨이퍼의 상면 또는 하면의 온도 검출이 가능하게 된다.
열화상 카메라(42)들은 틸팅과 상하이동이 동시에 가능하도록 하여 웨이퍼 인식 및 웨이퍼의 상면 또는 하면의 온도 검출이 보다 용이하도록 하는 것도 가능하다.
제어부(50)는 열화상 카메라(42)에 의해 촬영된 적외선 영상을 분석하여 보트(B)의 각 영역에 수납된 각각의 웨이퍼 영역을 특정하고, 각 웨이퍼 영역의 온도를 검출한다.
여기서, 보트(B)의 각 영역에 수납된 각각의 웨이퍼 영역을 특정하는 구체적인 방법에 대해서는 이후 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
그리고, 제어부(50)는 열화상 카메라(42)에서 촬영된 적외선 영상에 기초하여 인식된 각각의 웨이퍼 영역을 3차원 좌표값으로 변환하고, 변환된 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 픽셀의 밝기값을 산출하며, 산출된 픽셀의 밝기값에 기초하여 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 온도를 계산함으로써, 보트(B) 전 영역에 수납된 개별 웨이퍼의 온도를 검출할 수 있다.
제어부(50)는 내부 열전대 온도계(20)를 통해 검출된 반응관(T)의 내부온도, 외부 열전대 온도계(30)를 통해 검출된 확산 노의 내부온도 및 카메라부(40)로부터 검출된 각각의 웨이퍼의 온도에 기초하여 각각의 히터코일(11)로 공급되는 전류의 양을 조절하여 각각의 히터부(10)의 가열온도를 개별적으로 조절함으로써 보트(B)의 전 영역에 수납된 각각이 웨이퍼의 온도가 균일하게 유지되도록 하는 역할을 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치(1)는 적외선 영상 분석을 통해 보트(B)의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 온도를 검출하고, 검출된 각각의 웨이퍼의 온도와 내부 열전대 온도계(20) 및 외부 열전대 온도계(30)로부터 측정된 온도에 기초하여 각각의 히터코일(11)로 공급되는 전류의 양을 조절하여 각각의 히터부(10)의 가열온도를 개별적으로 조절함으로써 보트(B)의 전 영역에 수납된 각각의 웨이퍼의 온도를 보다 균일하게 유지할 수 있다.
이에 따라 웨이퍼의 불균일한 온도차로 인한 공정불량이 발생되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 반응관 및 확산 노의 내부온도를 검출하는 내부열전대 온도계 및 외부열전대 온도계와 더불어 각각의 웨이퍼의 온도를 검출하는 열화상 카메라가 더 구비됨에 따라 열전대 온도계의 고장이 발생되더라도 열화상 카메라를 통해 각각의 웨이퍼의 온도를 검출할 수 있으므로 웨이퍼의 불균일한 온도차로 인한 공정불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 촬영된 적외선 영상 내에서 웨이퍼를 특정하고, 특정된 웨이퍼의 영역을 식별하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 회전하는 웨이퍼를 측면에서 촬영한 촬영영상에서 웨이퍼의 에지정보를 추출한 다수의 비교 에지영상의 일부 예시를 보여주는 도면이고, 도 4는 특정된 웨이퍼의 에지정보로부터 웨이퍼의 영역을 식별하는 방법을 설명하는 도면이고, 도 5는 다수 개로 구획된 웨이퍼 영역을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도조절장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 회전하는 웨이퍼를 측면에서 촬영한 다수의 촬영영상에서의 웨이퍼 형상에 관한 템플릿 이미지를 보유하고 있다.
여기서, 웨이퍼는 원호부(C)와 원호부(C)의 일측에 형성된 직선부(L, flat zone)를 포함한다.
그리고, 제어부(50)는 상기 적외선 영상 내에 웨이퍼 템플릿 이미지와 일치하는 영역이 있는 경우 해당 영역을 웨이퍼 영역으로 인식한다.
또한, 제어부(50)는 적외선 영상에서 웨이퍼 영역으로 인식된 영역의 에지 형상에 직선부가 포함되어 있는지 또는 검출된 에지 형상 내의 직선부의 위치 및 직선부의 길이와 직선부의 전체길이 간의 비율 정보에 기초하여 각 웨이퍼의 영역을 식별할 수 있다.
보다 구체적으로 제어부(50)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 에지 형상에 직선부(L) 전체가 포함되어 있는 경우, 적외선 영상 내에 보여지는 웨이퍼의 영역을 도 5에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 전방 영역(F)으로 인식한다.
그리고, 제어부(50)는 (b)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 에지 형상에 직선부(L)의 일부가 포함되어 있는 경우, 포함된 직선부(L)의 위치가 적외선 영상의 좌측에 위치하고, 포함된 직선부(L)의 길이(d1)가 직선부(L)의 전체길이(d) 대비 일정 값(예를 들어 전체길이(d)의 1/5) 이하라고 판단하면, 적외선 영상 내에 보여지는 웨이퍼의 영역을 도 5에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 우측방 영역(R)으로 인식한다.
또한, 제어부(50)는 (c)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 에지 형상에 포함된 직선부(L)의 위치가 적외선 영상의 우측에 위치하고, 포함된 직선부(L)의 길이(d2)가 직선부(L)의 전체길이(d) 대비 일정 값(예를 들어 전체길이(d)의 1/5) 이하라고 판단하면, 적외선 영상 내에 보여지는 웨이퍼의 영역을 도 5에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 좌측방 영역(L)으로 인식한다.
마지막으로 제어부(50)는 (d)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 에지 형상에 원호부(C)만 포함되어 있는 경우, 적외선 영상 내에 보여지는 웨이퍼의 영역을 도 5에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 후방 영역(B)으로 인식한다.
상기와 같이, 본 발명은 웨이퍼의 에지정보에 포함된 직선부(L)의 위치 및 포함된 직선부(L)의 길이와 직선부(L)의 전체길이의 비율에 기초하여 각각의 웨이퍼의 전방위 영역을 용이하게 식별할 수 있으므로 웨이퍼의 전방위 영역의 온도를 보다 확실하게 모니터링 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치는 도면으로 도시하진 않았으나, 카메라부에 보트 전 영역에 수납된 웨이퍼의 가시광 영상을 촬영하는 CCD 카메라를 더 포함할 수 있다.
위와 같은 CCD 카메라는 각각의 열화상 카메라의 인접한 측방에 틸팅 가능하게 설치되고, 각각의 열화상 카메라의 상하 이동에 동반하여 상하 이동하게 된다.
제어부(50)는 CCD 카메라에서 촬영된 웨이퍼들의 가시광 영상을 촬영하고, 촬영된 가시광 영상에서 웨이퍼 영역을 특정한 후, 특정된 각각의 웨이퍼 영역을 3차원 좌표값으로 변환하고, 열화상 카메라에서 촬영된 적외선 영상에서 해당 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값과 매칭되는 적외선 영상 내의 3차원 좌표값에 해당하는 픽셀의 밝기값을 산출하고, 산출된 픽셀의 밝기값에 기초하여 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 온도를 계산함으로써, 보트 전 영역에 수납된 개별 웨이퍼의 온도를 검출한다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치는 적외선 영상에 비해 웨이퍼 영역을 보다 확실하게 식별할 수 있는 가시광 영상에서 웨이퍼 영역을 특정함에 따라 웨이퍼 영역을 보다 정확하게 특정할 수 있으므로 측정 정확도가 보다 향상된다.
또한, 가시광 영상을 통해 웨이퍼 영역이 보다 확실하게 식별됨에 따라 웨이퍼 영역 중 원하는 부분만을 특정하여 해당하는 부분의 온도를 신속하게 검출할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (5)

  1. 길이 방향을 따라 다수의 웨이퍼가 수납되고 일방향으로 회전하는 보트가 수용된 반응관을 포함하는 웨이퍼 증착용 확산 노에 있어서,
    상기 반응관의 둘레를 따라 설치되고, 길이 방향을 따라 복수개로 구획된 상기 반응관의 각 영역을 개별적으로 가열하는 히터부와;
    상기 반응관의 각 영역 내부에 설치되고, 상기 반응관의 내부온도를 검출하는 내부 열전대 온도계와;
    상기 반응관의 각 영역 외부에 설치되고, 상기 확산 노의 내부온도를 검출하는 외부 열전대 온도계와;
    상기 반응관의 내부 중 상기 보트의 측방에 적어도 틸팅 또는 상하 이동 가능하게 설치되되, 상기 보트에 수납된 다수의 웨이퍼의 적외선 영상을 촬영하는 적어도 하나의 열화상 카메라를 포함하는 카메라부와;
    상기 내부 열전대 온도계로부터 검출된 반응관의 내부온도, 상기 외부 열전대 온도계로부터 검출된 확산 노의 내부온도 및 상기 카메라부로부터 검출된 각각의 웨이퍼의 온도에 기초하여 상기 히터부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 적외선 영상에서 각각의 웨이퍼 영역을 특정한 후, 특정된 각각의 웨이퍼 영역을 3차원 좌표값으로 변환하고, 변환된 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 픽셀의 밝기값을 산출하며, 산출된 픽셀의 밝기값에 기초하여 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 온도를 계산하여 각각의 웨이퍼의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라부는
    상기 보트에 수납된 다수의 웨이퍼의 가시광 영상을 촬영하는 CCD 카메라를 더 포함하되,
    상기 제어부는
    상기 다수의 웨이퍼의 가시광 영상에서 각각의 웨이퍼 영역을 특정한 후, 상기 각각의 웨이퍼 영역을 3차원 좌표값으로 변환하고, 상기 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값과 매칭되는 상기 적외선 영상 내의 3차원 좌표값에 해당하는 픽셀의 밝기값을 산출하고, 산출된 픽셀의 밝기값에 기초하여 각각의 웨이퍼 영역의 3차원 좌표값에 해당하는 온도를 계산하여 각각의 웨이퍼의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 적외선 영상 내에 웨이퍼 템플릿 이미지와 일치하는 영역이 있는 경우 해당 영역을 웨이퍼 영역으로 인식하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는
    각 웨이퍼 영역의 에지에 직선부가 포함되어 있는지의 여부, 직선부의 위치 및 직선부의 길이와 직선부의 전체길이 간의 비율 정보에 기초하여 각 웨이퍼 영역을 식별하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착용 확산 노의 온도 조절장치.
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