快速热处理设备

技术领域

本公开涉及一种用于基板的快速热处理的快速热处理设备，特别地，涉及通过将热电偶丝安装在与待热处理的基板具有相同条件的基板上来测量待热处理的基板的温度，以便从腔室中分离，从而实时准确地测量待热处理的基板的温度。

[国家研发支持说明]

本研究得到韩国中小企业和创业部的培育地方专业产业和培育地方旗舰产业计划(项目编号：P0002826和P0009611)的支持。

背景技术

随着半导体器件集成度的提高和基板尺寸的增大，存在对于降低半导体器件的制造成本的许多需求。针对这些需求，快速热处理主要用于各种热处理工艺之中。

在快速热处理中，必须精确地控制基板的温度，因为基板在相对较宽的温度范围内加热和冷却的时间非常短。此外，为了在保持基板的均匀温度分布的同时进行快速热处理，有必要在基板的整个区域上保持相同的热性能。为了在基板的整个区域上实现温度均匀性，有必要适当地布置基板加热灯并适当地调整提供给每个灯的功率，使得在基板的整个区域上形成均匀的热流。

然而，由于存在各种变量，例如，流入用于快速热处理的腔室中的气体的流速和流量以及基板的下部分和侧面部分处的腔室的内部结构，仅通过优化硬件腔室设计，很难确保基板的整个区域上的温度均匀性。

在快速热处理腔室中准确地测量大面积基板的温度被认为是决定快速热处理的可靠性和半导体器件的质量的重要因素。

通过快速热处理腔室测量基板的温度的方法根据基板与温度测量装置是否接触被分为接触式和非接触式，并且，非接触式温度测量方法主要用于防止由温度测量装置与基板之间的接触引起的基板损坏。此外，为了在基板的整个区域上获得均匀的工艺特性，主要使用其中基板被旋转的旋转快速热处理设备，而不是固定快速热处理设备，其中基板固定在快速热处理腔室中而在快速热处理过程中不水平旋转。应用于非接触式快速热处理设备的基板温度测量方法的示例在韩国专利第10-0337107号、韩国专利第10-0395662号、韩国专利公开第10-2002-0019016号、韩国专利第10-0423184号、韩国专利第10-1097718号等中公开。

由于专利文献中公开的传统非接触式基板温度测量方法使用高温计，因此在快速热处理过程中，例如，基板的状态(即，根据温度的发射率、腔室的几何特性、高温计的光谱波长以及在基板上形成的薄膜的类型和厚度)影响高温计的光学测量。

因此，传统的非接触式基板温度测量方法相对于基板(例如，旋转晶圆)的温度具有较低的实时测量精度，因此难以精确地进行快速热处理。另外，由于高温计比热电偶丝更昂贵，因此难以降低快速热处理设备的制造成本。

同时，如图1所示，在韩国专利第10-1605079号(于2016年3月22日发布)中公开的金属热处理设备包括：快速热处理腔室10；旋转单元30，其设置在腔室10的内下侧处，以支撑和旋转快速热处理基板1；热源装置20，其设置在腔室10的内上侧处，以通过辐射光快速地加热快速热处理基板1；温度测量基板50，其以一个距离设置在快速热处理基板1的一部分上，并且由与快速热处理基板1相同的材料制成；温度测量热电偶60，其安装到温度测量基板50上，以测量温度测量基板50的温度；支撑单元70，其由透光材料制成并支撑温度测量基板50；以及透光板40，其设置在支撑单元70与热源装置20之间，以隔离腔室10的两个内部空间。这里，将由热电偶60测量的温度测量基板50的温度视为快速热处理基板1的温度。

由于快速热处理基板和温度测量基板彼此靠近地定位在腔室内，因此两个基板在腔室中处于相同的条件下。另外，由于温度测量基板的温度是在这种状态下使用热电偶来测量的，因此温度是间接或间接测量的。即，该温度是通过热电偶来直接测量，并且，处于与快速热处理基板相同的条件下的温度测量基板的温度是间接测量的。

然而，在如上所述配置的快速热处理设备中，如图1所示，由于温度测量基板被安装在支撑单元上并且被支撑单元70支撑，因此当快速热处理基板被替换时，需要将安装在支撑单元上的温度测量基板从支撑单元上拆卸下来，将拆卸下来的温度测量基板从腔体中抽出，并且用与快速热处理基板相同的温度测量基板来替换它。

替换工作必须通过腔室的狭窄开口进行，由此损坏精密装置并造成工作不便。

此外，由于在腔室内设置由透光材料制成的支撑单元来支撑温度测量基板，因此支撑单元可以直接影响腔室内的气流变化，由此增加缺陷率。

[相关文献]

[专利文献]

韩国专利第10-1605079号(于2016年3月22日发布)

发明内容

本公开旨在解决如上所述的现有技术的问题，并且本公开旨在提供一种快速热处理设备，所述快速热处理设备配置为实时间接读取待实际热处理的基板的温度。

为了实现上述目的，本公开提供一种快速热处理设备，其包括热电偶，所述热电偶安装为测量位于腔室内部的待热处理的基板的温度，所述快速热处理设备包括：在腔室中形成的安装孔；以及热电偶套件，所述热电偶套件插入并安装到安装孔中，使得热电偶丝的结合部分位于延伸入腔室中的热电偶基板上。

此外，根据本公开的优选实施例，热电偶套件可以包括安装在安装孔中的贯通器、从贯通器延伸入腔室中的热电偶基板、以及通过形成在贯通器中的销孔从腔室外部延伸入腔室中的多个热电偶丝。

此外，根据本公开的优选实施例，放入腔室中的热电偶基板可以沿待热处理的基板的直径方向延伸，使得热电偶基板的端部位于不超过待热处理的基板的中心点的点处。

此外，根据本公开的优选实施例，贯通器可以包括：支撑杆，所述支撑杆插入安装孔中并由其支撑；凸缘，所述凸缘形成在支撑杆的后侧处，并在支撑杆插入安装孔中的状态下与腔室的外表面接触；以及紧固装置，所述紧固装置用于将凸缘紧固到腔室或从腔室释放。

此外，根据本公开的优选实施例，热电偶基板的端部可以插入支撑杆中，并且绝缘体可以位于热电偶基板与支撑杆的内表面之间，以阻止热电偶基板与支撑杆之间的热传递。

此外，根据本公开的优选实施例，支撑杆可以包括具有两个侧壁和底部的本体、以及用于覆盖本体的敞开的顶面的盖，并且绝缘体可以位于底部的上表面处，热电偶基板的端部可以放置在绝缘体的上表面上，并且在绝缘体被放置在热电偶基板的端部的上表面上的状态下，盖可以紧固到本体上，以覆盖绝缘体。

此外，根据本公开的优选实施例，多个凸耳可以形成在两个侧壁的上表面处，并且螺栓可以插入穿孔中，并且紧固到凸耳上，以将盖固定到本体上，使得位于其中的绝缘体和热电偶基板被固定，该穿孔形成在对应于凸耳的盖中。

此外，根据本公开的优选实施例，热电偶结合部分可以形成在穿孔中，所述穿孔形成在热电偶基板的端部处，并且热电偶结合部分可以形成为通过穿孔在热电偶基板的底面处突出。

此外，根据本公开的优选实施例，支撑杆可以具有管形，并且热电偶基板的宽度可以等于或小于支撑杆的内径，使得所述宽度的两端被处理成具有支撑杆的曲率半径。

此外，根据本公开的优选实施例，受体(susceptor)可以位于热电偶基板的底面处，或者其顶面和底面处。

如上所述，由于根据本公开的快速热处理设备在与待热处理的基板相同的条件下通过热电偶丝来测量热电偶基板的温度，因此可以以与直接测量待热处理的基板的温度相同的方式间接测量温度。

因此，由于热电偶丝的结合部分不与热处理基板接触，因此减少了基板的缺陷。另外，由于直接测量在相同条件下的热电偶基板的温度，因此温度值非常精确。

此外，由于根据本公开的快速热处理设备使用热电偶套件，使得在根据待热处理的基板的条件而改变安装在热电偶套件上的热电偶基板的条件之后，将热电偶套件附接到腔室上和从腔室中拆下，工作非常方便。

另外，在现有技术中，用于支撑热电偶基板的设备必须安装在腔室内部。然而，在本公开中，支撑设备以套件的形式安装在腔室外部，从而与现有技术相比提高了工作效率和基板的质量。

附图说明

图1是示出根据现有技术的快速热处理设备的图，

图2是示出根据本公开的热处理设备的截面图，

图3是示出从腔室中拆卸下来的图2的热电偶套件的截面图，

图4A和图4B是示出安装有受体的图3的热电偶基板的图，

图5是示出图3的热电偶套件的支撑杆(support rod)的分解透视图，以及

图6A至图6C是示出一种套件的图，在该套件中，管式绝缘体安装在图3的热电偶套件上。

具体实施方式

下文将参考附图详细描述根据本公开的快速热处理设备的优选实施例。

在附图中，图2是示出根据本公开的热处理设备的截面图，图3是示出从腔室中拆卸下来的图2的热电偶套件的截面图，图4A和图4B是示出安装有受体的图3的热电偶基板的图，图5是示出图3的热电偶套件的支撑杆的分解透视图，以及图6A至图6C是示出一种套件的图，在该套件中，管式绝缘体安装在图3的热电偶套件上。

如图2和图3所示，快速热处理设备包括安装孔103，该安装孔形成在腔室101的一侧处，使得热电偶套件100被插入并安装在其中。热电偶贯通器(thermocouple feed-through)110插入安装孔103中，并通过紧固作为紧固装置的螺栓113而安装在腔室101上，并且通过松开紧固螺栓113，可以从腔室101上拆下贯通器110。

下文将详细描述如上所述配置的热电偶套件。

如图2和图3所示，热电偶套件100的贯通器110包括凸缘111和支撑杆120，凸缘111形成在前侧处并由与腔室101的外表面接触的螺栓113紧固，支撑杆120形成在凸缘111的前侧处并插入腔室101的安装孔103中，以接触安装孔103的内表面。

四个螺栓孔115形成在具有矩形结构的凸缘111的四个角处，使得螺栓113穿过其中。当贯通器110的支撑杆120插入安装孔103中时，位于凸缘111处的螺栓113被拧到形成在腔室101的外表面处的凸耳(tab)(未示出)上。

当在贯通器110的支撑杆120插入安装孔103中的状态下通过螺栓将凸缘111紧固到腔室101的外表面上时，贯通器110被安装到腔室101上。相反，如果松开并拆卸紧固螺栓113，则可以从安装孔103中抽出并拆下贯通器110。

同时，两个绝缘体130位于支撑杆120的内部上部分和下部分处，并且热电偶基板140位于两个绝缘体130之间。

由于定位为与热电偶基板140的上下表面接触的绝缘体130阻止了热传递，因此腔室101的外部与热电偶基板140之间的热传递被阻止。因此，可以通过热电偶丝150精确地测量待热处理基板W的温度。

由于绝缘体130是透明的，所以为了防止热电偶基板140的光干扰，绝缘体130的材料优选地为石英。

同时，为了测量待热处理的基板W的实际温度，热电偶基板140由与待热处理的基板W相同的材料制成，例如Si、SiC、陶瓷、蓝宝石和石英中的任何一种。由于在热处理过程中旋转的待热处理的旋转基板W的中心处于规则位置(regular position)，因此热电偶基板140位于待热处理的基板W的直径方向上，并且热电偶基板140的端部位于未到达待热处理的基板W的中心点的点处。因此，从位于热电偶基板140上方的热源装置产生的光可以辐射到待热处理的基板W的中心点。

另外，在热电偶基板140的端部处形成穿孔141，并且通过贯通器110从腔室101的外部延伸到腔室101中的一对热电偶丝150结合在穿孔141的内侧处。即，热电偶丝150的结合部分151位于在热电偶基板140的端部处形成的穿孔141中。此外，为了在热电偶丝150的结合部分151间接测量位于热电偶基板140下方的待热处理的基板W的温度时提高精确度，优选地，将结合部分151形成为穿过穿孔141并突出在热电偶基板140的底面上。

此外，就形成结合部分151而言，即使在附图中示出热电偶丝150通过穿孔141形成在热电偶基板140的底面的一点处，也可能不形成穿孔，并且结合部分151形成在受体160的上表面处或在穿孔141的深度的中间(即，在热电偶基板140的位置处)，或者也可能增加热电偶丝150的数量，使得结合部分151形成在多个点处，而不是一个点处。

在以这种方式配置的贯通器110安装在腔室101的安装孔103中的状态下，位于热电偶基板140的底面处待热处理的基板W被旋转并被快速热处理。当待热处理的基板W正在被快速热处理时，假设相同材料的热电偶基板140的温度也与待热处理的基板W的温度相同，则通过热电偶丝150测量热电偶基板140的温度。

为了假设热电偶基板140与待热处理的基板W具有相同温度，优选的是，热电偶基板140与待热处理的基板W定位为彼此靠近。

同时，根据待热处理的基板W的类型，受体可以位于基板的底面处，或者其顶面和底面处。如果受体如上所述位于待热处理的基板W处，则受体160也应位于热电偶基板140的相同位置。

如图4A和图4B所示，受体160可以仅安装在热电偶基板140的底面上，或者分别安装在受体160的顶面和底面上。

如上所述，一对绝缘体130之间的间距根据是否安装了受体160和安装的受体的数量而变化。

为此，如图5所示，支撑杆120包括本体121和盖123，本体121具有两个侧壁121W和底部121F，盖123用于覆盖本体121的敞开的顶面。在盖123位于本体121的顶面的状态下，穿过盖123的螺栓125紧固到在两个侧壁121W处形成的凸耳上。因此，在将一对绝缘体130和热电偶基板140还有(如果需要的话)受体160定位在支撑杆120的本体121内部之后，盖123被设置为覆盖本体121，并且使用螺栓125将盖123紧固并固定到本体121上，以固定位于支撑杆120内部的绝缘体130、热电偶基板140和受体160。

同时，贯通器110具有销孔117(图5)，该销孔117形成在贯通器110的纵向方向上，使得热电偶丝150从外部通过贯通器110延伸到在热电偶基板140的端部处的穿孔141。优选地，热电偶丝150的厚度小于基板的厚度的80％。

在上述热电偶套件100中，绝缘体130被描述为以片的形式位于热电偶基板140的顶面和底面处。然而，如图6A至图6C所示，绝缘体130的结构可以用管形替换。

在这种情况下，支撑杆也变为管形，并且绝缘体安装在贯通器上，使得绝缘体的外周面与支撑杆的内周面接触。

此时，热电偶基板的宽度对应于绝缘体的直径，并且热电偶基板的宽度的两端被处理成具有与绝缘体的内径相同的曲率半径，使得热电偶基板插入绝缘体中。此外，位于热电偶基板的顶面或底面处的受体也可以配置为使得其宽度可以位于绝缘体内部并且宽度的两端被处理成具有与绝缘体的内径相同的曲率半径。

[附图标记]

100：热电偶套件

101：腔室

103：安装孔

110：贯通器

111：凸缘

113：螺栓

115：螺栓孔

120：支撑杆

121：本体

123：盖

125：螺栓

130：绝缘体

140：热电偶基板

141：穿孔

150：热电偶丝

151：结合部分

160：受体

W：待热处理的基板