JP7311096B2 - 基板加熱ユニット、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、基板処理の際に基板を加熱するために使用されるユニットに関する。また、本発明の実施形態は、このようなユニットを用いて基板を処理する装置および方法に関する。

半導体、フラットパネルディスプレイ（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＰＤ）などを製造するには、様々な工程を行わなければならない。例えば、ウエハー（ｗａｆｅｒ）などの基板を処理するために、フォトレジスト塗布工程（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）、現像工程（ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）、エッチング工程（ｅｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）、アッシング工程（ａｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）などを行うことができる。また、これらの工程で基板に付着した汚染物質を除去するために、処理液を用いて基板を洗浄する洗浄工程（ｗｅｔ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）、基板に残留する処理液を除去する乾燥工程（ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）などを行うことができる。

最近では、高温で使用される処理液、例えば硫酸（ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ）、リン酸（ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ）などを用いて、シリコン窒化膜（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｆｉｌｍ）、シリコン酸化膜（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ）などを選択的に除去するエッチング工程を行っている。そして、これを行う基板処理装置は、エッチング率を改善するために基板を加熱する基板加熱ユニットを含むことにより、工程の実行中に基板を所要の温度に加熱することができる。

しかし、基板を高温の処理液でエッチングするときに、従来の基板加熱ユニットでは基板を全体的に均一に加熱することが困難であるだけでなく、高温の処理液を用いる特性上、基板を全体的に均一な温度に維持させることができないという問題点がある。

図１は従来の基板処理時の基板の温度分布を示すグラフである。図１において、Ｃは基板の中心点を示し、Ｅ１およびＥ２は基板の縁部のうち、互いに対向する両側箇所を示す。高温の処理液は、基板の中央部分に供給され、基板の縁部側へ広がりながら温度が低下するので、基板は、中央部分の温度が相対的に高く、縁部へ行くほど温度が相対的に低い。

このように、基板の温度が全体的に均一でなければ、基板に対するエッチング率が温度領域ごとに異なることがあり、さらには工程不良をもたらすおそれがある。

韓国公開特許公報第１０－２０１６－００２７８０２号公報（２０１６年３月１０日） 韓国公開特許公報第１０－２０１８－００４９３１０号（２０１８年５月１１日） 韓国公開特許公報第１０－２０１９－００７５８７５号（２０１９年７月１日）

本発明の実施形態は、基板処理の際に基板を均一に加熱することができる基板加熱ユニット、基板処理装置および基板処理方法を提供しようとする。

本発明の実施形態は、基板処理の際に基板の温度偏差を最小限に抑えることができる基板加熱ユニット、基板処理装置および基板処理方法を提供しようとする。

本発明の実施形態は、レーザービーム（ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ）を用いて基板を均一に加熱することができる基板加熱ユニット、基板処理装置および基板処理方法を提供しようとする。

本発明の解決しようとする課題は、これに限定されず、上述していないその他の課題は、通常の技術者であれば、以降の記載から明確に理解できるだろう。

本発明の実施形態によれば、基板を加熱するためのレーザービームを提供するレーザー発生器と；前記レーザー発生器からの前記レーザービームを加工して、均一化されたエネルギー分布を有する第１ビーム（全体均一形態のフラットトップ（ｆｌａｔ ｔｏｐ）レーザービーム）および縁部領域が強化されたエネルギー分布を有する第２ビーム（縁部強化形態のフラットトップレーザービーム）のうちのいずれか一つを前記基板に選択的に提供するビームシェーパー（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）と；を含む、基板加熱ユニットが提供できる。

前記ビームシェーパーは、加工された前記レーザービーム（すなわち、前記第１ビームおよび前記第２ビームの中から選択された一つ）を前記基板の上面または前記基板の下面に提供するように配置できる。

前記ビームシェーパーは、前記レーザービームを複数のビーム（すなわち、ビームレット（ｂｅａｍｌｅｔ）に分割するレンズアセンブリ（ｌｅｎｓ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、前記レンズアセンブリによって分割された前記レーザービームを前記基板に集光させる集光レンズ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｌｅｎｓ）と、を含むことができる。また、前記レンズアセンブリは、前記レーザービームが移動する経路上に前記経路に沿って配列された複数のレンズアレイ（ｌｅｎｓ ａｒｒａｙ）を含み、複数の前記レンズアレイのうちの少なくとも一つは、前記経路に沿って移動可能であり、移動可能な前記レンズアレイは、前記レーザービームが前記第１ビームに加工される第１位置、および前記第２ビームに加工される第２位置のうちのいずれか一つに選択的に配置できる。

前記ビームシェーパーは、移動可能な前記レンズアレイを移動させるレンズ駆動機構をさらに含んでもよい。

本発明の実施形態に係る基板加熱ユニットは、前記基板の温度分布を検出する温度検出器と、前記温度検出器によって検出された前記基板の温度分布に基づいて前記レンズ駆動機構の作動を制御する制御器と、をさらに含んでもよい。

複数の前記レンズアレイは、位置が固定された第１レンズアレイ、および前記第１レンズアレイと前記集光レンズとの間に前記経路に沿って移動可能に提供された第２レンズアレイであり得る。このとき、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイは、前記集光レンズと同軸に配置できる。

移動可能な前記レンズアレイが選択的に配置される前記第１位置と前記第２位置は、それぞれ下記数式を満足する位置と下記数式を満足しない位置であり、式中、ｄ_１２は前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の距離であり、ｆ_２は前記第２レンズアレイの焦点距離であり得る。

複数の前記レンズアレイは、位置が固定された第１レンズアレイ、前記第１レンズアレイと前記集光レンズとの間に前記経路に沿って移動可能に提供された第２レンズアレイ、および前記第２レンズアレイと前記集光レンズとの間に前記経路に沿って移動可能に提供された第３レンズアレイであり得る。このとき、前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイおよび前記第３レンズアレイは、前記集光レンズと同軸に配置できる。

移動可能な前記レンズアレイが選択的に配置される前記第１位置と前記第２位置は、それぞれ下記数式１と下記数式２のうちの少なくとも一つを満足する位置、および下記数式１と下記数式２の両方ともを満足しない位置であり、これらの式中、ｄ_１２は前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の距離であり、ｄ_２３は前記第２レンズアレイと前記第３レンズアレイとの間の距離であり、ｆ_２は前記第２レンズアレイの焦点距離であり、ｆ_３は前記第３レンズアレイの焦点距離であり得る。

複数の前記レンズアレイをそれぞれ構成するレンズレット（ｌｅｎｓｌｅｔ）は、前記基板に対応する形状に形成できる。このとき、前記レンズレットはマイクロレンズ（ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）であり得る。

前記レーザー発生器からの前記レーザービームは、前記基板に吸収される波長を有することができる。

本発明の実施形態によれば、基板を支持する基板支持ユニットと、前記基板支持ユニットによって支持された前記基板を加熱する基板加熱ユニットと、を含み、前記基板加熱ユニットは、前記基板を加熱するためのレーザービームを提供するレーザー発生器と、前記レーザー発生器からの前記レーザービームを加工して、均一化されたエネルギー分布を有する第１ビーム、および縁部領域が強化されたエネルギー分布を有する第２ビームのうちのいずれか一つを前記基板に選択的に提供するビームシェーパーと、を含む、基板処理装置が提供できる。

本発明の実施形態による基板処理装置において、前記ビームシェーパーは、前記レーザービームを複数に分割するレンズアセンブリと、前記レンズアセンブリによって分割された前記レーザービームを前記基板に集光させる集光レンズと、を含むことができる。前記レンズアセンブリは、前記レーザービームが移動する経路上に前記経路に沿って配列された複数のレンズアレイを含み、複数の前記レンズアレイのうちの少なくとも一つは、前記経路に沿って移動可能であり、移動可能な前記レンズアレイは、前記レーザービームが前記第１ビームに加工される第１位置、および前記第２ビームに加工される第２位置のうちのいずれか一つに選択的に配置できる。このような前記ビームシェーパーは、移動可能な前記レンズアレイを移動させるレンズ駆動機構をさらに含んでもよい。

本発明の実施形態による基板処理装置は、前記基板の温度分布を検出する温度検出器と、前記温度検出器によって検出された前記基板の温度分布に基づいて前記レンズ駆動機構の作動を制御する制御器と、をさらに含んでもよい。

本発明の実施形態による基板処理装置は、前記基板と前記ビームシェーパーとの離隔距離を調節する距離調節ユニットをさらに含んでもよい。

前記基板支持ユニットは、前記基板の下面を露出させる露出開口を有するように構成され、前記基板加熱ユニットは、加工された前記レーザービームを前記露出開口を介して前記基板の下面に照射することができる。

前記基板支持ユニットは、上側に前記基板が提供され、前記露出開口を有するヘッドと、前記露出開口の周囲で前記基板の側面を支持するチャックピンを有する基板チャックと、を含み得る。

前記ヘッドは、前記露出開口が上下方向に貫通したヘッド本体と、前記ヘッド本体に前記露出開口を上方からカバーするように結合された支持プレートとを含み、前記支持プレートは、加工された前記レーザービームが透過する素材からなり、前記基板の下面を支持するように突出した支持ピンを有することができる。

前記ヘッドは、回転駆動ユニットによって上下方向の軸を中心に回転し、昇降駆動ユニットによって上下方向に移動するスピンヘッドであり得る。前記回転駆動ユニットは、前記スピンヘッドを下側で回転可能に支持し、前記露出開口と連通するビーム通路が上下方向に提供されたヘッド支持部材を含み得る。前記昇降駆動ユニットは、前記ヘッド支持部材を下側で支持し、上端が前記ビーム通路と連通するように開放され、前記ビームシェーパーが前記基板の下面と対向するように収容されたハウジングと、前記ハウジングを昇降させるハウジング駆動器と、を含み得る。

本発明の実施形態による基板処理装置は、加熱された処理液を前記基板の上面に供給する液供給ユニットをさらに含んでもよい。加熱された前記処理液は、硫酸、リン酸、または前記硫酸と前記リン酸との混合液であり得る。

本発明の実施形態によれば、処理液を基板の上面に供給して前記基板を処理し、前記処理液による前記基板処理の際にレーザービームを前記基板に照射して前記基板を加熱するが、前記レーザービームとして、均一化されたエネルギー分布を有する第１ビーム、および縁部領域が強化されたエネルギー分布を有する第２ビームのうちのいずれか一つを選択的に提供する、基板処理方法が提供できる。

本発明の実施形態による基板処理方法は、前記処理液による前記基板処理の際に前記基板の温度分布を検出し、検出された前記基板の温度分布に基づいて、前記第１ビームおよび前記第２ビームのうちのいずれか一つを前記基板に選択的に提供することができる。

本発明の実施形態による基板処理方法は、前記レーザービームを前記基板の下面に照射することができる。

前記レーザービームを前記基板の上面に照射して前記基板を加熱することもできる。ところが、前記レーザービームを前記基板の上面に照射すると、前記レーザービームが、前記基板の上面に供給された前記処理液を経て前記基板の上面に到達し、この過程において前記処理液が前記レーザービームを吸収するので、前記処理液が例えばリン酸水溶液など高温で使用される処理液である場合、前記処理液の温度が沸点に近接するように上昇して前記処理液に気泡が発生し、前記基板がこのように発生した前記気泡の影響により破損するおそれがある。このため、前記レーザービームを前記基板の下面に照射すると、前記処理液の温度上昇およびこれに伴う前記気泡の発生による基板の破損問題を根本的に防止することができる。

課題の解決手段は、以下で説明する実施形態、図面などからより具体的かつ明確になるだろう。なお、以下では、上述した解決手段以外の様々な解決手段がさらに提示され得る。

本発明の実施形態によれば、基板処理の際に、均一化されたエネルギー分布を有する第１ビーム（全体均一形態のフラットトップレーザービーム）、および縁部領域が強化されたエネルギー分布を有する第２ビーム（縁部強化形態のフラットトップレーザービーム）のうちのいずれか一つを基板に選択的に提供することができる。

したがって、第１ビームを基板に提供して基板を全体的に均一な温度に加熱することができる。また、基板の縁部領域の温度が相対的に低い場合には、第２ビームを基板に提供して基板の温度偏差を最小限に抑えることができる。

発明の効果は、これに限定されず、上述していないその他の効果は、通常の技術者であれば、本明細書および添付図面から明確に理解できるだろう。

従来の基板処理時の基板の温度分布を示すグラフである。 本発明の実施形態による基板処理装置が適用された基板処理設備の構成を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態による基板処理装置を示す断面図である。 図３のＡ部分を示す拡大図であって、これは本発明の実施形態による基板処理装置を構成する基板加熱ユニットの一例を示す。 図４に示された基板加熱ユニットの作動を示す。 図４に示された基板加熱ユニットの作動を示す。 図４に示された基板加熱ユニットのビームシェーパーを示す。 図４に示された基板加熱ユニットからのレーザービームのエネルギー分布を示すグラフである。 本発明の実施形態による基板処理装置を構成する基板加熱ユニットの他の例を示す。 本発明の実施形態による基板処理装置を構成する基板加熱ユニットの別の例を示す。 図１０に示された基板加熱ユニットに関連して主平面を説明するための参考図である。 図１０に示された基板加熱ユニットに関連して、レンズを透過するレーザービームが屈折される形態を説明するための参考図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態にについて、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施し得るように詳細に説明する。ところが、本発明は、複数の異なる形態で実施でき、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明の実施形態を説明するにあたり、関連する公知の機能や構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断された場合には、その具体的な説明を省略し、類似の機能および作用をする部分は、図面全体にわたって同じ符号を使用する。

明細書で使用される用語の少なくとも一部は、本発明における機能を考慮して定義したものなので、ユーザー、運用者の意図、慣例などによって変わり得る。したがって、その用語については、明細書全般にわたった内容に基づいて解釈されるべきである。また、明細書において、ある構成要素を含むとするとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。そして、ある部分が他の部分と連結（または、結合）されるとするとき、これは直接連結（または、結合）される場合だけでなく、他の部分を挟んで間接的に連結（または、結合）される場合も含む。

一方、図面において、構成要素の大きさや形状、線の太さなどは、理解の便宜上、多少誇張して表現されていてもよい。

本発明に係る基板加熱ユニットは、半導体やフラットパネルディスプレイなどを製造するための様々な基板処理工程を行うにあたり、基板を加熱するために使用できるものであるが、本発明の実施形態は、基板処理装置が処理液を用いて基板を処理する液処理装置であり、基板加熱ユニットがこのような液処理装置に適用されたものを中心に考察する。

図２は本発明の実施形態による基板処理装置が適用された基板処理設備の構成を概略的に示す平面図である。図２に示すように、基板処理設備は、インデックスモジュール（ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｕｌｅ）１０００および処理モジュール２０００を含む。

インデックスモジュール１０００は、ロードポート（ｌｏａｄ ｐｏｒｔ）１２００、およびインデックスユニット１４００を含む。ロードポート１２００、インデックスユニット１４００および処理モジュール２０００は順次一列に配置される。以下では、ロードポート１２００、インデックスユニット１４００および処理モジュール２０００が配列された方向を第１方向Ｄ－１とし、上方からみて、第１方向Ｄ－１に垂直な方向を第２方向Ｄ－２とし、第１方向Ｄ－１と第２方向Ｄ－２を含む平面に垂直な方向を第３方向Ｄ－３とする。

ロードポート１２００には、基板を収納するカセット（ｃａｓｓｅｔｔｅ）１３００が装着される。ロードポート１２００は、複数備えられ、第２方向Ｄ－２に沿って一列に配置される。図２には、ロードポート１２００が４つ備えられることが示されているが、ロードポート１２００の個数は、処理モジュール２０００の工程効率、フットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）などの実施条件に応じて増減できる。カセット１３００は、オーバーヘッドトランスファー（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ）などのカセット搬送手段によってロードポート１２００に置かれ得る。カセット１３００は、内部に基板の縁部を支持するスロット（ｓｌｏｔ）が設けられる。カセット１３００のスロットは、複数個が第３方向Ｄ－３に提供されるため、基板は、複数個が第３方向Ｄ－３に沿って互いに離隔するように間隔を置いてカセット１３００の内部に収納される。カセット１３００としては、前面開放一体型ポッド（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ、ＦＯＵＰ）が使用できる。

処理モジュール２０００は、バッファユニット（ｂｕｆｆｅｒ ｕｎｉｔ）２２００、搬送ユニット２４００および工程チャンバ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）２６００を含む。搬送ユニット２４００は、長さ方向が第１方向Ｄ－１と平行するように配置される。第２方向Ｄ－２に沿って搬送ユニット２４００の両側にはそれぞれ工程チャンバ２６００が配置される。搬送ユニット２４００の両側に位置した工程チャンバ２６００は、搬送ユニット２４００を基準に互いに対称となるように提供できる。工程チャンバ２６００の一部は、搬送ユニット２４００の長さ方向である第１方向Ｄ－１に沿って配列される。また、複数の工程チャンバ２６００の一部は互いに積層される。つまり、搬送ユニット２４００の両方のうちの少なくとも一方には、工程チャンバ２６００がＡ×Ｂ（ＡとＢはそれぞれ１以上の自然数）の配列で配置できる。ここで、Ａは第１方向Ｄ－１に沿って一列に提供された工程チャンバ２６００の数であり、Ｂは第３方向Ｄ－３に沿って一列に提供された工程チャンバ２６００の数である。搬送ユニット２４００の両方のうちの少なくとも一方に工程チャンバ２６００が４つまたは６つ提供される場合、工程チャンバ２６００は２×２または３×２の配列で配置できる。工程チャンバ２６００の数は増減できる。これとは異なり、工程チャンバ２６００は、搬送ユニット２４００の両方のうちのいずれか一方にのみ提供されてもよい。

バッファユニット２２００は、インデックスユニット１４００と搬送ユニット２４００との間に配置される。バッファユニット２２００は、インデックスユニット１４００と搬送ユニット２４００との間に基板が搬送される前に基板が留まる空間を提供する。バッファユニット２２００は、内部に基板が置かれるスロットが設けられる。バッファユニット２２００のスロットは、複数個が互いに第３方向Ｄ－３に沿って離隔するように間隔を置いて配置される。バッファユニット２２００における、インデックスユニット１４００に面する部分および搬送ユニット２４００に面する部分のそれぞれは、開放される。

インデックスユニット１４００は、カセット１３００とバッファユニット２２００との間に基板を搬送する。インデックスユニット１４００には、インデックスレール（ｉｎｄｅｘ ｒａｉｌ）１４２０およびインデックスロボット（ｉｎｄｅｘ ｒｏｂｏｔ）１４４０が提供される。インデックスレール１４２０は、長さ方向が第２方向Ｄ－２と並ぶように提供される。インデックスロボット１４４０は、インデックスレール１４２０上に設置され、インデックスレール１４２０に沿って第２方向Ｄ－２に移動する。インデックスロボット１４４０は、ベース（ｂａｓｅ）１４４１、ボディ１４４２およびインデックスアーム（ｉｎｄｅｘ ａｒｍ）１４４３を含む。インデックスロボット１４４０において、ベース１４４１はインデックスレール１４２０に沿って移動可能に設置され、ボディ１４４２はベース１４４１に結合される。インデックスロボット１４４０において、ボディ１４４２は、ベース１４４１上で第３方向Ｄ－３に沿って移動可能に提供され、また、ベース１４４１上で第３方向Ｄ－３の軸を中心に回転可能に提供される。インデックスロボット１４４０において、インデックスアーム１４４３は、ボディ１４４２に結合され、ボディ１４４２に対して前後移動可能に提供される。インデックスアーム１４４３は、複数備えられ、個別に駆動するように提供される。インデックスアーム１４４３は、第３方向Ｄ－３に沿って互いに離隔するように間隔を置いて配置される。複数のインデックスアーム１４４３のうち、一部は基板を処理モジュール２０００からカセット１３００へ搬送するために使用され、他の一部は基板をカセット１３００から処理モジュール２０００へ搬送するために使用され得る。このような構成は、インデックスロボット１４４０が基板を搬入または搬出する過程で工程処理前の基板から発生したパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）が工程処理後の基板に付着するのを防止することができる。

搬送ユニット２４００は、バッファユニット２２００と工程チャンバ２６００との間、および工程チャンバ２６００同士の間に基板を搬送する。搬送ユニット２４００には、搬送レール２４２０と搬送ロボット２４４０が提供される。搬送レール２４２０は、長さ方向が第１方向Ｄ－１と並ぶように配置される。搬送ロボット２４４０は、搬送レール２４２０上に設置され、搬送レール２４２０に沿って第１方向Ｄ－１に移動する。搬送ロボット２４４０は、ベース２４４１、ボディ２４４２および搬送アーム２４４３を含む。搬送ロボット２４４０において、ベース２４４１は搬送レール２４２０に沿って移動可能に設置され、ボディ２４４２はベース２４４１に結合される。搬送ロボット２４４０において、ボディ２４４２は、ベース２４４１上で第３方向Ｄ－３に沿って移動可能に提供され、また、ベース２４４１上で第３方向Ｄ－３の軸を中心に回転可能に提供される。搬送ロボット２４４０において、搬送アーム２４４３は、ボディ２４４２に結合され、ボディ２４４２に対して前後移動可能に提供される。搬送アーム２４４３は、複数備えられ、個別に駆動するように提供される。搬送アーム２４４３は、第３方向Ｄ－３に沿って互いに離隔するように間隔を置いて配置される。基板をバッファユニット２２００から工程チャンバ２６００へ搬送するとき、および基板を工程チャンバ２６００からバッファユニット２２００へ搬送するときには、互いに異なる搬送アーム２４４３が使用できる。

工程チャンバ２６００は、基板処理工程を行う基板処理装置を含む。工程チャンバ２６００のそれぞれの基板処理装置は、実行する工程の種類によって構造が異なり得る。選択的に、工程チャンバ２６００のそれぞれの基板処理装置は、同じ構造を持つことができる。選択的に、工程チャンバ２６００は、複数のグループに区分され、同じグループに属する工程チャンバ２６００の基板処理装置は、互いに同一の構造を持ち、互いに異なるグループに属する工程チャンバ２６００の基板処理装置は、互いに異なる構造を持つことができる。例えば、工程チャンバ２６００が２つのグループに区分される場合、搬送ユニット２４００の両方のうち、一方には第１グループの工程チャンバ２６００、他方には第２グループの工程チャンバ２６００が提供され得る。選択的に、積層された工程チャンバ２６００のうち、下層には第１グループの工程チャンバ２６００、上層には第２グループの工程チャンバ２６００が提供され得る。第１グループの工程チャンバ２６００と第２グループの工程チャンバ２６００は、工程に使用される処理液の種類などによって区分される。

図３は本発明の実施形態による基板処理装置の構成を示す断面図である。図３に示された基板処理装置は、処理液を用いて基板を処理する液処理装置であり、工程チャンバ（図２の図面符号２６００を参照）のうちの少なくとも一つは、基板処理装置として液処理装置を含む。

図３を参照すると、本発明の実施形態による基板処理装置は、チャンバ１、処理容器２、基板支持ユニット３、第１昇降駆動ユニット４、回転駆動ユニット５、第２昇降駆動ユニット６、液供給ユニット７および基板加熱ユニット８を含む。

チャンバ１は、基板Ｗに対する処理工程が行われ、外部との遮断が可能な基板処理空間（内部空間）１１を提供する。基板Ｗ（以下、図面符号の併記は省略する。）に対する処理は、常圧または真空で行われ得る。チャンバ１には、基板処理空間１１を減圧によって真空雰囲気に造成するための真空ポンプ（ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ）が連結できる。

液回収ユニットである処理容器２は、基板処理空間１１に配置される。処理容器２は、上部が開放され、内部には開放された上部と連通する収容空間が設けられたカップ（ｃｕｐ）構造を持つように形成される。処理容器２の収容空間には基板支持ユニット３が配置される。基板支持ユニット３によって支持された基板の上面（表面）には、液供給ユニット７によって処理液が供給され、処理容器２は、液供給ユニット７から基板の上面に供給された処理液を回収する。処理容器２は、収容空間を包み込む第１カップ部材（第１容器）２１、第１カップ部材２１を一定の間隔を置いて包み込む第２カップ部材（第２容器）２２、および第２カップ部材２２を一定の間隔を置いて包み込む第３カップ部材（第３容器）２３を含むことができる。このため、内側の第１カップ部材２１と外側の第３カップ部材２３との間には第２カップ部材２２が配置できる。このように、処理容器２は、複数のカップ部材（容器）２１、２２、２３で構成できる。複数のカップ部材（容器）２１、２２、２３は、共通の中央空間を有することができる。それぞれのカップ部材２１、２２、２３は、互いに異なる処理液を回収する用途に使用できる。第１カップ部材２１は、回収する処理液が流入する開口である第１流入口２１ａを有することができる。第１カップ部材２１と第２カップ部材２２との間の開口は、回収すべき処理液が流入する第２流入口２２ａとして機能することができる。第２カップ部材２２と第３カップ部材２３との間の開口は、回収すべき処理液が流入する第３流入口２３ａとして機能することができる。

第１カップ部材２１は、第１壁体２１１、２１２および第１底部２１３を含むことができる。第１壁体２１１、２１２は、収容空間の周囲を取り囲むように形成できる。第１壁体２１１、２１２は、横断面が一定の円形構造を持つように形成された第１下部壁２１１と、第１下部壁２１１の上端から内方に一定の角度で傾斜するように延び、円錐台構造を持つ第１上部壁２１２と、を含むことができる。第１下部壁２１１と第１上部壁２１２とは一体に形成できる。第１上部壁２１２の上端にはリング状の第１突起が設けられ得る。第１突起は、第１上部壁２１２の上端から下方に突出した構造を持つように形成できる。第１底部２１３は、リング状に形成されて共通の中央空間の一部を提供することができる。第１底部２１３には第１下部壁２１１が立てられ得る。

第２カップ部材２２は、第２壁体２２１、２２２および第２底部２２３を含むことができる。第２壁体２２１、２２２は、第１壁体２１１、２１２の周りを一定の間隔を置いて取り囲むように形成できる。第２壁体２２１、２２２は、横断面が一定の円形構造を持つように形成された第２下部壁２２１と、第２下部壁２２１の上端から内方に一定の角度で傾斜するように延び、円錐台構造を持つ第２上部壁２２２と、を含むことができる。第２下部壁２２１と第２上部壁２２２とは一体に形成できる。第２上部壁２２２は、上端の高さが第１上部壁２１２の上端に比べて高く、内周の大きさが第１上部壁２１２の内周と同一または類似となるように形成され、第１上部壁２１２の上端と第２上部壁２２２の上端との間には、第２流入口２２ａとして機能する開口が形成できる。第２上部壁２２２の上端には、リング状の第２突起が設けられ得る。第２突起は、第２上部壁２２２の上端から下方に突出した構造を持つように形成できる。第２底部２２３は、第１底部２１３から下方に一定の距離離隔することができる。第２底部２２３は、リング状に形成され、共通の中央空間の一部を提供することができる。第２底部２２３には、第２下部壁２２１が立てられ得る。

第３カップ部材２２は、第３壁体２３１、２３２および第３底部２３３を含むことができる。第３壁体２３１、２３２は、第２壁体２２１、２２２の周りを一定の間隔を置いて取り囲むように形成できる。第３壁体２３１、２３２は、横断面が一定の円形構造を持つように形成された第３下部壁２３１と、第３下部壁２３１の上端から内側方向に一定の角度で傾斜するように延び、円錐台構造を持つ第３上部壁２３２と、を含むことができる。第３下部壁２３１と第３上部壁２３２とは一体に形成できる。第３上部壁２３２は、上端の高さが第２上部壁２２２の上端に比べて高く、内周の大きさが第２上部壁２２２の内周と同一または類似となるように形成され、第２上部壁２２２の上端と第３上部壁２３２の上端との間には、第３流入口２３ａとして機能する開口が形成できる。第３上部壁２３２の上端には、リング状の第３突起が設けられ得る。第３突起は、第３上部壁２３２の上端から下方に突出した構造を持つように形成できる。第３底部２３３は、第２底部２２３から下方に一定の距離離隔することができる。第３底部２３３は、リング状に形成され、共通の中央空間の一部を提供することができる。第３底部２３３には、第３下部壁２３１が立てられ得る。

それぞれのカップ部材２１、２２、２３は、底部２１３、２２３、２３３の液排出口に液排出管２４、２５、２６がそれぞれ連結できる。それぞれの液排出管２４、２５、２６は、下方に延び、それぞれの流入口２１ａ、２２ａ、２３ａを介してそれぞれのカップ部材２１、２２、２３に回収された処理液を排出することができる。それぞれの液排出管２４、２５、２６を介して排出された処理液は、液再生ユニットによって再生された後、再利用できる。

基板支持ユニット３は、基板処理工程の実行時に基板を支持する。基板支持ユニット３は、基板処理工程が行われる間、回転駆動ユニット５によって回転することができる。基板支持ユニット３は、スピンヘッド（ｓｐｉｎ ｈｅａｄ）３１および基板チャック（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｈｕｃｋ）３２を含む。

スピンヘッド３１は、基板がウエハーである場合、ウエハーに対応する円形形状の上面を有することができる。スピンヘッド３１の上側には基板が提供される。スピンヘッド３１は処理容器２の収容空間に配置される。スピンヘッド３１は、回転駆動ユニット５によって第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）の軸を中心に回転する。回転駆動ユニット５は、スピンヘッド３１を高速で回転させることができる。スピンヘッド３１には、支持ピン（ｓｕｐｐｏｒｔ ｐｉｎ）３１４が複数提供される。支持ピン３１４は、基板の下面（裏面）を支持するようにスピンヘッド３１の上面から突出し、互いに離隔するように間隔を置いて配置される。

基板チャック３２はスピンヘッド３１に提供される。基板チャック３２は、スピンヘッド３１の上側に適用された複数のチャックピン（ｃｈｕｃｋ ｐｉｎ）３２１を含む。チャックピン３２１は、支持ピン３１４に比べてスピンヘッド３１の中心から遠く離隔している位置に配置できる。基板チャック３２は、チャックピン３２１が互いに離隔した位置でそれぞれ基板の側面を支持することにより、基板が定位置から離脱することを防止するように構成できる。チャックピン３２１は、ピン駆動器によってスピンヘッド３１の中心側と中心から外側方向に沿って移動して待機位置に位置するか或いは支持位置に位置することができる。待機位置は、チャックピン３２１による基板の支持が行われる支持位置に比べて、スピンヘッド３１の中心から遠く離隔している位置であり得る。チャックピン３２１は、基板がスピンヘッド３１の上側に対してロード（ｌｏａｄｉｎｇ）されるときまたはアンロード（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）されるときには、待機位置に移動して待機することができ、ロードされた基板に対する処理工程が行われる間には、支持位置へ移動して基板を支持することができる。チャックピン３２１は、支持位置で基板の側面にそれぞれ接触して基板を支持することができる。

第１昇降駆動ユニット４は、処理容器２を第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に昇降させる。第１昇降駆動ユニット４は、それぞれのカップ部材２１、２２、２３を同時に移動させるか或いは個別に移動させるように構成できる。処理容器２が第１昇降駆動ユニット４によって昇降すると、それぞれのカップ部材２１、２２、２３は、基板支持ユニット３によって支持された基板に対する相対高さが変更される。昇降駆動ユニット４は、ブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）４１、昇降可能なロッド（ｒｏｄ）４２およびロッド駆動器４３を含むことができる。

ブラケット４１は、処理容器２の外部に装着できる。具体的には、ブラケット４１は、最も外側に位置した第３カップ部材２３を構成する第３壁体２３１、２３２の外壁に装着できる。ロッド４２はブラケット４１に結合できる。ロッド４２は、第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に延びることができる。ロッド駆動器４３は、ロッド４２を動力源からの動力によって昇降させるように構成できる。

第１昇降駆動ユニット４は、基板がスピンヘッド３１の上側にロードまたはアンロードされるとき、搬送ロボット（図２の図面符号２４４０を参照）と処理容器２との間の干渉の発生が防止されるように処理容器２を下降させることができる。また、第１昇降駆動ユニット４は、基板処理工程中に液供給ユニット７から基板の上面に供給される処理液の種類に応じて、処理液が、予め設定した流入口２１ａ、２２ａ、２３ａに流入するように、処理容器２を昇降させて処理容器２の高さを調整することができる。

回転駆動ユニット５は、基板支持ユニット３を回転させて、基板支持ユニット３によって支持された基板を第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）の軸を中心に回転させる。回転駆動ユニット５によれば、基板は基板処理工程が行われる間に回転することができ、回転する基板の上面に供給された処理液は周囲に飛散することができ、飛散した処理液は予め設定した流入口２１ａ、２２ａ、２３ａに流入することができる。

第２昇降駆動ユニット６は、基板支持ユニット３を第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に昇降させて、基板支持ユニット３によって支持された基板を基板支持ユニット３と同じ方向に昇降させる。基板支持ユニット３が第２昇降駆動ユニット６によって昇降すると、基板支持ユニット３によって支持された基板は、処理容器２に対する相対高さが変更される。また、基板に対する液供給ユニット７からの処理液供給高さが変更される。処理容器２に対する基板の相対高さが変更されることを考慮すると、処理容器２を昇降させる第１昇降駆動ユニット４は省略できる。もちろん、第１昇降駆動ユニット４の代わりに第２昇降駆動ユニット６が省略されてもよい。

液供給ユニット７は、処理液を、基板支持ユニット３によって支持された基板の上面に供給する。液供給ユニット７は、アーム支持台７１、ノズルアーム７２、ノズル（ｎｏｚｚｌｅ）７３および支持台駆動器７４を含むことができる。

アーム支持台７１は、基板処理空間１１において処理容器２の外部に配置され、第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に延びることができる。ノズルアーム７２は、アーム支持台７１の上端部分に結合され、第３方向に垂直な方向に延びることができる。ノズル７３は、ノズルアーム７２の先端部分に処理液を下方に吐出するように装着できる。支持台駆動器７４は、アーム支持台７１の回転（第３方向の軸を中心とする回転）と昇降（第３方向への昇降）のうちの少なくとも一つを行うように構成できる。支持台駆動器７４が作動すると、ノズル７３は移動（回転移動および／または昇降移動）できる。

このような液供給ユニット７によれば、ノズル７３は、支持台駆動器７４によってアーム支持台７１を中心に回転して待機位置に位置するか、或いは供給位置に位置することができる。このとき、待機位置は、ノズル７３が処理容器２の垂直上部から外れた位置であり、供給位置は、ノズル７３から吐出された処理液が基板の上面に供給されるようにノズル７３が処理容器２の垂直上部に配置された位置であり得る。ノズル７３は、基板がスピンヘッド３１の上側にロードまたはアンロードされるときには、待機位置へ移動して待機することができ、ロードされた基板に対する処理工程が行われる間には、供給位置へ移動して処理液を基板の上面に供給することができる。

一方、液供給ユニット７は、複数備えられてもよい。または、ノズル７３は、複数備えられてもよい。液供給ユニット７を複数備えるか、或いは液供給ユニット７がノズル７３を複数備える場合、複数の液供給ユニット７または複数のノズル７３は、基板の上面に、互いに異なる処理液を供給することができる。このとき、互いに異なる処理液は第１処理液と第２処理液であり得る。第１処理液は、高温（例えば、１５０～１７０℃）で使用する処理液であり得る。具体的には、第１処理液は、リン酸、硫酸、またはリン酸と硫酸との混合液であり得る。第２処理液は、常温の純水（ｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ、ＤＩＷ）であり得る。

基板加熱ユニット８は、基板処理工程の実行時に、基板支持ユニット３によって支持された基板を加熱することができる。図４乃至図６に示すように、基板加熱ユニット８は、レーザー発生器８１、ビームシェーパー８２、温度検出器８３および制御器８４を含み、レーザーを用いて基板を加熱することができるように構成される。レーザー発生器８１は、基板を加熱するためのレーザービームを提供し、ビームシェーパー８２は、レーザー発生器８１によって提供されたレーザービームを加工して、エネルギー分布が互いに異なる第１ビームＢ１と第２ビームＢ２のうちのいずれか一つを基板に選択的に提供し、基板に到達したレーザービーム（第１ビームと第２ビームの中から選択されたいずれか一つ）は、基板を加熱する。温度検出器８３は、基板の温度分布をリアルタイムにて検出し、制御器８４は、温度検出器８３によって検出された基板の温度分布に応じて、ビームシェーパー８２がレーザービームを第１ビームＢ１と第２ビームＢ２の中から選択されたいずれか一つに加工するように、ビームシェーパー８２をコントロールする。基板加熱ユニット８は、ケーシング（ｃａｓｉｎｇ）８５をさらに含んでもよい。レーザー発生器８１とビームシェーパー８２は、ケーシング８５によって外部から保護できる。ケーシング８５は、レーザー発生器８１から基板に移動するレーザービームとの干渉の発生がない構造を持つように構成できる。

基板加熱ユニット８は、基板を加熱するためにレーザービームを基板の下面に照射する。レーザービームをこのように照射するために、基板支持ユニット３は、基板の下面を露出させる露出開口３１２が設けられた構造を持つように構成され、ビームシェーパー８２は、基板支持ユニット３の下側で露出開口３１２を介して、第１ビームＢ１と第２ビームＢ２の中から選択されたいずれか一つを基板の下面に提供する。また、回転駆動ユニット５は、基板支持ユニット３の下側に、露出開口３１２に連通しているビーム通路５１１を提供するように構成され、第２昇降駆動ユニット６は、回転駆動ユニット５の下側に、ビーム通路５１１に連通しているハウジング６１を提供するように構成されることにより、基板支持ユニット３、回転駆動ユニット５および第２昇降駆動ユニット６は、第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に沿って配置され、ビームシェーパー８２は、レーザー発生器８１と一緒にハウジング６１の内部に収容される。まず、これをより具体的に考察すると、次のとおりである。

基板支持ユニット３の露出開口３１２は、スピンヘッド３１に設けられる。スピンヘッド３１は、露出開口３１２が上下方向としての第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に貫通したヘッド本体３１１と、露出開口３１２の上端をカバーする支持プレート３１３と、を含む。

露出開口３１２は、基板の下面全体を露出させる大きさに形成され、チャックピン３２１は、ヘッド本体３１１の上側で露出開口３１２の周囲に配置され、基板の側面を支持する。露出開口３１２は、上端側から下端側へ行くほど縮小される形状を持つように形成でき、ヘッド本体３１１も、上端側から下端側に行くほど縮小される外形を持つように形成できる。

支持プレート３１３は、露出開口３１２を上方からカバーした状態でヘッド本体３１１に結合される。支持プレート３１３は支持ピン３１４を有する。支持ピン３１４は、支持プレート３１３の上面から突出して一定の長さを有する。支持ピン３１４を含む支持プレート３１３は、ビームシェーパー８２からの加工されたレーザービーム（すなわち、第１ビームと第２ビームの中から選択されたいずれか一つ）が透過する素材で構成され、加工されたレーザービームは、支持プレート３１３を透過して基板の下面に照射される。支持プレート３１３は、レーザー透過率と共に処理液に対する耐食性に優れた素材から構成できる。一例として、支持プレート３１３の素材は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、石英（ｑｕａｒｔｚ）などのセラミックであってもよい。

回転駆動ユニット５は、ヘッド支持部材５１およびヘッド駆動器を含む。ヘッド支持部材５１は、スピンヘッド３１が第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）の軸を中心に回転できるようにスピンヘッド３１を支持し、ヘッド駆動器は、動力源からの動力によってスピンヘッド３１を回転させるように構成される。

ヘッド支持部材５１は、ヘッド本体３１１の下側に堅固に結合され、露出開口３１２に連通しているビーム通路５１１を有する。ビーム通路５１１は、ヘッド支持部材５１に上下方向に貫通した形状に設けられる。ヘッド支持部材５１は、リング状に形成できる。ヘッド駆動器は、モータの回転力をスピンヘッド３１に伝達する電動機構であって、ラックアンドピニオン（ｒａｃｋ ａｎｄ ｐｉｎｉｏｎ）を含むことができる。ピニオンに噛み合ったラックは、ヘッド本体３１１の下部にヘッド本体３１１の外周方向に沿って設けられ得る。ピニオンはヘッド支持部材５１に装着できる。

第２昇降駆動ユニット６は、ハウジング６１およびハウジング駆動器（図３の図面符号６２参照）を含む。ハウジング６１は、回転駆動ユニット５に結合され、ハウジング駆動器６２は、動力源からの動力によって回転駆動ユニット５を昇降させるように構成される。回転駆動ユニット５が昇降すると、スピンヘッド３１が同様に一緒に昇降する。ハウジング６１は、ヘッド支持部材５１を下方から支持し、上端が開放された形状に形成されてビーム通路５１１と連通する。ハウジング６１は、処理容器２の共通の中央空間を通過するように配置でき、ハウジング駆動器６２は、ハウジング６１の下部に結合され、基板処理空間１１における処理容器２の外部に配置できる。

再び基板加熱ユニット８について考察すると、レーザー発生器８１は、少なくとも一つのレーザー光源を含み、所要の波長を持つレーザービームをビームシェーパー８２へ提供することができるように構成される。レーザー光源は、単一のバルクレーザー（ｂｕｌｋ ｌａｓｅｒ）であってもよく、互いに並んだ複数のファイバーレーザーからなるファイバーレーザーバンドル（ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｂｕｎｄｌｅ）であってもよい。レーザー光源としてバルクレーザーが適用されると、レーザー発生器８１は、レーザー光源から出力されたレーザービームを所要の大きさに拡大させるビーム拡大手段をさらに含んでもよい。このようなレーザー発生器８１は、基板を加熱するためのレーザービームとして、基板に対して優れた吸収性を持つ波長のレーザービームを提供する。例えば、基板はウエハーであり、レーザー発生器８１から出力されたレーザービームの波長は３５５ｎｍであり得る。基板に対する吸収率が高い波長のレーザービームを提供すると、基板を所要の温度にさらに迅速に加熱することができる。

レーザー発生器８１によって提供されたレーザービームは、ガウス（ｇａｕｓｓｉａｎ）分布を示して、中央部分でエネルギーが大きく、縁部に行くほどエネルギーが小さい。ビームシェーパー８２は、ガウス分布を持つレーザービームを加工して、均質化されたフラットトップ（ｆｌａｔ ｔｏｐ）レーザービームに変換することができる。図５を参照すると、ビームシェーパー８２によって加工された第１ビームＢ１は、全体的に均一化されたエネルギー分布を持つ全体均一形態のフラットトップレーザービームである。そして、図６を参照すると、ビームシェーパー８２によって加工された第２ビームＢ２は、縁部領域が相対的に強化されたエネルギー分布を持つ縁部強化形態のフラットトップレーザービームである。

ビームシェーパー８２は、基板へ提供されて基板の下面に到達したレーザービームのイメージが基板と実質的に同一または類似レベルの大きさおよび形状を持つようにレーザー発生器８１からのレーザービームを加工することができる。このため、第１ビームＢ１を基板の下面へ提供して基板を全体的に均一化された温度に加熱することもでき、第２ビームＢ２を基板の下面へ提供して基板の縁部領域を基板の中央領域に比べて上昇した温度に加熱することもできる。

図７は図４に示された基板加熱ユニット８のビームシェーパー８２を示す。図４および図７を参照すると、ビームシェーパー８２は、レーザー発生器８１からのレーザービームを複数に分割するレンズアセンブリ８２１と、レンズアセンブリ８２１によって分割されたレーザービームを基板に集光させる集光レンズ８２２と、を含むことにより、レーザー発生器８１によって提供されたガウス分布のレーザービームを、均質化されたフラットトップレーザービームに変換することができる。レンズアセンブリ８２１は、レーザー発生器８１からのレーザービームが移動する経路であるビーム移動経路上にビーム移動経路に沿って配列された３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３を含む。レーザー発生器８１によって提供されたレーザービームは、ビーム移動経路のうちの少なくとも一部区間で基板に向かって第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に移動する。３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３は第３方向に沿って一列に配列される。３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３は同軸に配置される。集光レンズ８２２は３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３と同軸に配置される。

３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３のそれぞれは、レンズベースおよびレンズレットＬを含む。レンズレットＬは、レンズベースに複数の列および複数の行を持つように一定の間隔で配列される。３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３のそれぞれにおいて、互いに隣接する列または互いに隣接する行のレンズレットＬは、互いに同じ位置に配置されてもよく、互いにずれた位置に配置されてもよい。３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３のそれぞれには、レンズレットＬとして、凹レンズおよび凸レンズのうちの少なくとも一つが適用できる。レンズレットＬとしての凹レンズまたは凸レンズは、マイクロレンズ（ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）であってもよい。３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３は、互いに同一であってもよい。

基板の下面に到達したレーザービームのイメージは、その形状がレンズレットＬの形状に応じて決定される。すなわち、レンズレットＬの形状が四角形である場合には、レーザービームのイメージも四角形になり、レンズレットＬの形状が円形である場合には、レーザービームのイメージも円形になる。レンズレットＬの形状は、基板に対応する形状に形成される。例えば、基板がウエハーであれば、レンズレットＬは、ウエハーに対応する円形に形成される。このとき、レンズベースも、ウエハーに対応する円形であり得る。

３つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３は第１レンズアレイＬＡ１、第２レンズアレイＬＡ２および第３レンズアレイＬＡ３であり、第２レンズアレイＬＡ２は第１レンズアレイＬＡ１と第３レンズアレイＬＡ３との間に配置され、第３レンズアレイＬＡ３は第２レンズアレイＬＡ２と集光レンズ８２２との間に配置され、レーザー発生器８１からのレーザービームは第１レンズアレイＬＡ１、第２レンズアレイＬＡ２、第３レンズアレイＬＡ３および集光レンズ８２２を順次透過する。第１レンズアレイＬＡ１と集光レンズ８２２は、位置が固定されたのに対し、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３は、それぞれビーム移動経路で第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）と並んだ区間に沿って移動可能に提供される。

第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３は、第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に延びたガイド（ｇｕｉｄｅ）８２３に沿ってそれぞれ直線的に移動する。ビームシェーパー８２は、それぞれ移動可能な第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３を独立して移動させるレンズ駆動機構８２４をさらに含む。レンズ駆動機構８２４は、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３をそれぞれ動力源からの動力によって移動させるように構成できる。

図７において、ｆ_１は第１レンズアレイＬＡ１の焦点距離であり、ｆ_２は第２レンズアレイＬＡ２の焦点距離であり、ｆ_３は第３レンズアレイＬＡ３の焦点距離であり、ｆ_ｃは集光レンズ８２２の焦点距離である。また、ｄ_１２は第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２との間の距離であり、ｄ_２３は第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３との間の距離であり、ｄ_３ｃは第３レンズアレイＬＡ３と集光レンズ８２２との間の距離であり、ｄ_ｃｉは集光レンズ８２２と基板との間の距離である。また、ｐはレンズレットＬ間のピッチ（ｐｉｔｃｈ）である。第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３をレンズ駆動機構８２４によって移動させるズーム（ｚｏｏｍ）作動を行うと、第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２との間の距離ｄ_１２、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３との間の距離ｄ_２３、および第３レンズアレイＬＡ３と集光レンズ８２２との間の距離ｄ_３ｃが変更され、これにより、基板の下面に到達したフラットトップレーザービームのイメージの大きさと共にフラットトップレーザービームの傾斜度や均質度などが変化する。

ここで、レーザービームのイメージの大きさＤは、次の式１によって計算できる。ちなみに、レンズレットＬが円形であり且つ互いに連接するように配列されると、ピッチｐはレンズレットＬの直径であり得る。

そして、レーザービームのイメージが最適な傾斜度と均質度を持つように加工するには、イメージング条件（ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を満足しなければならない。イメージング条件は、次の式２および式３のようにまとめることができる。

第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３が移動して式２または式３を満足するか、或いは式２と式３の両方ともを満足する位置に配置されると、最適な傾斜度と均質度を持つフラットトップレーザービームを提供することができる。最適な傾斜度と均質度を持つフラットトップレーザービームは、全体的に均一化されたエネルギー分布を持つ全体均一形態のフラットトップレーザービームである第１ビームＢ１である。これに対し、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３が移動して式２と式３の両方ともを満足しない位置に配置されると、相対的に低下した傾斜度と均質度を持つフラットトップレーザービームを提供することができる。相対的に低下した傾斜度と均質度を持つフラットトップレーザービームは、縁部領域が相対的に強化されたエネルギー分布を持つ縁部強化形態のフラットトップレーザービームである第２ビームＢ２である。

イメージング条件を満足するとき、レーザービームのイメージの大きさＤは、式４で計算できる。

例えば、ｐが４．０ｍｍであり、ｆ_１、ｆ_２およびｆ_３がいずれも３８．２４ｍｍであり、ｆ_ｃが７５．０ｍｍであり、ｄ_１２、ｄ_２３およびｄ_ｃｉがそれぞれ１．２０ｍｍ、３７．０ｍｍ、１１．８ｍｍであると仮定するとき、イメージング条件を満足するレーザービームのイメージの大きさＤは８．１ｍｍである。また、ｐが４．０ｍｍであり、ｆ_１、ｆ_２およびｆ_３がいずれも３８．２４ｍｍであり、ｆ_ｃが７５．０ｍｍであり、ｄ_１２、ｄ_２３およびｄ_ｃｉがそれぞれ１２．８ｍｍ、１９．０ｍｍ、１８．２ｍｍであると仮定するとき、イメージング条件を満足するレーザービームのイメージの大きさＤは１１．８ｍｍである。また、ｐが４．０ｍｍであり、ｆ_１、ｆ_２およびｆ_３がいずれも３８．２４ｍｍであり、ｆ_ｃが７５．０ｍｍであり、ｄ_１２、ｄ_２３およびｄ_ｃｉがそれぞれ１８．９ｍｍ、１．０ｍｍ、３０．１ｍｍであると仮定するとき、イメージング条件を満足するレーザービームのイメージの大きさＤは１５．５ｍｍである。これをまとめると、表１に示すとおりである。

図８はビームシェーパー８２によって加工されたレーザービームのエネルギー分布を示すグラフであり、（Ａ）は第１ビームＢ１のエネルギー分布を示し、（Ｂ）は第２ビームＢ２のエネルギー分布を示す。

図８の（Ａ）では、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３が式２と式３のうちの少なくとも一つを満足するように配置されると、フラットトップレーザービームの傾斜度と均質度が最適に維持されて全体均一形態のフラットトップレーザービームが提供されることを確認することができる。図８の（Ｂ）では、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３が式２と式３の両方ともを満足しないように配置されると、フラットトップレーザービームの傾斜度と均質度が相対的に低くなって縁部強化形態のフラットトップレーザービームが提供されることを確認することができる。図８の（Ａ）および（Ｂ）のグラフにおいてフラットトップレーザービームの縁部領域に対応する部分を対比すると、図８の（Ａ）の第１ビームＢ１は、回折効果によるレーザービームの変化が相対的に少ないので、レーザービームのエネルギー分布偏差が小さいことを確認することができ、図８の（Ｂ）の第２ビームＢ２は、縁部領域のエネルギー強度が回折効果によって大幅に上昇して縁部領域が強化されたことを確認することができる。また、図８における（Ａ）の第１ビームＢ１と（Ｂ）の第２ビームＢ２は、傾斜度が互いに異なり、第１ビームＢ１は垂直に近接しているのに対し、第２ビームＢ２は第１ビームＢ１に比べて緩やかであることを確認することができる。

温度検出器８３は、基板支持ユニット３の上方に配置された熱画像カメラ（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｍａｇｅｒ）を含むことができる。制御器８４は、温度検出器８３によって検出された基板の温度分布が全般的に一定のレベルであれば、全体均一形態の第１ビームＢ１が基板に照射されて基板が全体的に均一化された温度に加熱されるように、レンズ駆動機構８２４を作動させることができる。これに対し、基板の縁部領域の温度が相対的に低いため、基板の温度分布が温度検出器８３によって不均一であると検出されると、制御器８４は、縁部強化形態の第２ビームＢ２が基板に照射されて基板の縁部領域が基板の中央領域に比べて上昇した温度に加熱されるように、レンズ駆動機構８２４を作動させることができる。第２ビームＢ２によれば、基板の中央領域と縁部領域との間の温度差を最小限に抑えることができる。基板の中央領域と縁部領域との間の温度差は、基板の中央部分に供給された高温の処理液が基板の縁部側に広がりながら発生する温度低下現象に起因したものであり得る。

上述したような基板加熱ユニット８は、レーザー発生器８１が提供するガウス分布のレーザービームを均質化されたフラットトップレーザービームに加工して基板へ提供することにより、基板を加熱することができる。この時、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３の位置に応じて、フラットトップレーザービームのイメージの大きさおよびフラットトップレーザービームの特性が決定されるので、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３をイメージング条件を満足する位置に配置させて、フラットトップレーザービームとして第１ビームＢ１（全体均一形態）を提供することもでき、第２レンズアレイＬＡ２と第３レンズアレイＬＡ３をイメージング条件を満足しない位置に配置させて、フラットトップレーザービームとして第２ビームＢ２（縁部強化形態）を提供することもできる。例えば、基板加熱ユニット８は、第１ビームＢ１のイメージが基板に対応する大きさを持ち、第２ビームＢ２のイメージが基板に比べてやや小さいか大きい大きさを持つように設定され、作動することができる。逆に、基板加熱ユニット８は、第２ビームＢ２のイメージが基板に対応する大きさを持ち、第１ビームＢ１のイメージが基板に比べてやや小さいか大きい大きさを持つように設定され、作動することもできる。

一方、図面符号８６は、基板とビームシェーパー８２との離隔距離を調節する距離調節ユニットである。距離調節ユニット８６は、ハウジング６１の内部でハウジング６１に装着され、ケーシング８５に結合され、動力源からの動力によってケーシング８５を第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）に沿って移動させるように構成できる。ハウジング６１が第３方向に沿って基板側に移動すると、基板とビームシェーパー８２との離隔距離は短縮される。逆に、ハウジング６１が第３方向に沿って基板の向こう側に移動すると、基板とビームシェーパー８２との離隔距離は延長される。

図９は本発明の実施形態による基板処理装置に適用された基板加熱ユニットの他の例を示す。図９を参照すると、基板加熱ユニットの他の例は、前述した基板加熱ユニットの一例と比較するとき、その他の構成およびその作用はすべて同様であるのに対し、レンズアセンブリ８２１が二つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２を含むことだけが異なる。ちなみに、図９には基板加熱ユニットの他の例がビームシェーパーを中心に示されている。

図９に示すように、二つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２は、第１レンズアレイＬＡ１および第２レンズアレイＬＡ２であり、第２レンズアレイＬＡ２は、第１レンズアレイＬＡ１と集光レンズ８２２との間に配置され、レーザー発生器からのレーザービームは、同軸上の第１レンズアレイＬＡ１、第２レンズアレイＬＡ２および集光レンズ８２２を順次透過する。もちろん、第１レンズアレイＬＡ１と集光レンズ８２２は、位置が固定された一方、第２レンズアレイＬＡ２は、ビーム移動経路で第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）と並んだ区間に沿って移動可能に提供され、レンズ駆動機構は、第２レンズアレイＬＡ２を移動させる。

図９において、ｆ_１は第１レンズアレイＬＡ１の焦点距離であり、ｆ_２は第２レンズアレイＬＡ２の焦点距離であり、ｆ_ｃは集光レンズ８２２の焦点距離である。また、ｄ_１２は第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２との間の距離であり、ｄ_２ｃは第２レンズアレイＬＡ２と集光レンズ８２２との間の距離であり、ｄ_ｃｉは集光レンズ８２２と基板との間の距離である。また、ｐはレンズレットＬ間のピッチである。第２レンズアレイＬＡ２をレンズ駆動機構によって移動させるズーム作動を行うと、第１レンズアレイＬＡ１と第２レンズアレイＬＡ２との間の距離ｄ_１２および第２レンズアレイＬＡ２と集光レンズ８２２との間の距離ｄ_２ｃが変更され、これにより、基板の下面に到達したフラットトップレーザービームのイメージの大きさと共にフラットトップレーザービームの傾斜度、均質度などが変化する。

ここで、レーザービームのイメージの大きさＤは、次の式５によって計算できる。

そして、レーザービームのイメージが最適な傾斜度と均質度を持つように加工するには、イメージング条件を満足しなければならない。イメージング条件は、次の式６のとおりにまとめることができる。第２レンズアレイＬＡ２が移動して、式５を満足する位置に配置されると、最適な傾斜度と均質度を有するフラットトップレーザービーム（すなわち、全体均一形態の第１ビーム）を提供することができる。これに対し、第２レンズアレイＬＡ２が移動して、式５を満足しない位置に配置されると、相対的に低下した傾斜度と均質度を有するフラットトップレーザービーム（すなわち、縁部強化形態の第２ビーム）を提供することができる。

イメージング条件を満足するとき、レーザービームのイメージの大きさＤは、式７で計算できる。

このようにレンズアレイを３枚ではなく、２枚備えても、第１ビーム（全体均一形態）と第２ビーム（縁部強化形態）のうちのいずれかを基板として選択的に提供することができる。

図１０は本発明の実施形態による基板処理装置に適用された基板加熱ユニットの別の例を示す。図１１および図１２は基板加熱ユニットの別の例に関連する参考図である。

図１０を参照すると、基板加熱ユニットの別の例は、前述した基板加熱ユニットの一例および他の例と比較すると、その他の構成およびその作用はすべて同様であるのに対し、レンズアセンブリ８２１が任意の複数枚（例えば、４つ以上）のレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４を含み、集光レンズ８２２が少なくとも一つ備えられたことだけが異なる。ちなみに、図１０には基板加熱ユニットの別の例がビームシェーパーを中心に示されている。

図１０に示すように、ビームシェーパーは、レンズアセンブリ８２１と集光レンズグループＧ３を含む。レンズアセンブリ８２１は、少なくとも一つのレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２を有する第１レンズアレイグループＧ１、および少なくとも一つのレンズアレイＬＡ３、ＬＡ４を有する第２レンズアレイグループＧ２を含む。集光レンズグループＧ３は、少なくとも一つの集光レンズ８２２を有する。レンズアレイグループＧ１、Ｇ２のレンズアレイＬＡ１、ＬＡ２および集光レンズグループＧ３の集光レンズ８２２は、ビーム移動経路に沿って配列され、同軸に配置される。第２レンズアレイグループＧ２は、第１レンズアレイグループＧ１と集光レンズグループＧ３との間に配置され、レーザー発生器からのレーザービームは、第１レンズアレイグループＧ１、第２レンズアレイグループＧ２および集光レンズグループＧ３を順次透過する。第１レンズアレイグループＧ１と第２レンズアレイグループＧ２のうちの少なくとも一つは、レンズアレイを複数有することができる。

レーザービームの移動方向を基準に最前方に配置されたレンズアレイＬＡ１は、位置が固定され、残りのレンズアレイＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４のうちの少なくとも一部は、ビーム移動経路において第３方向（図２の図面符号Ｄ－３を参照）と並んだ区間に沿って移動可能に提供される。集光レンズグループＧ３が集光レンズ８２２を単数有する場合、集光レンズ８２２は、位置が固定される。集光レンズグループＧ３が集光レンズ８２２を複数有する場合、レーザービームの移動方向を基準に最後方に配置された集光レンズ８２２は、位置が固定されるが、残りの集光レンズ８２２は、少なくとも一部がビーム移動経路において第３方向と並んだ区間に沿って移動可能に提供されてもよく、すべての位置が固定されてもよい。移動可能なレンズアレイまたは移動可能なレンズアレイと集光レンズは、レンズ駆動機構によって移動する。

図１０において、ｆ_１ｅは第１レンズアレイグループＧ１の等価焦点距離（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）であり、ｆ_２ｅは第２レンズアレイグループＧ２の等価焦点距離であり、ｆ_ｃｅは集光レンズグループＧ３の等価焦点距離である。また、ｐはレンズレットＬ間のピッチである。

ここで、レーザービームのイメージの大きさＤは、次の式８によって計算できる。

第１レンズアレイグループＧ１の主平面から第２レンズアレイグループＧ２の主平面までの距離は、第２レンズアレイグループＧ２の等価焦点距離ｆ_２ｅと同一であってもよく、第１レンズアレイグループＧ１の等価焦点距離ｆ_１ｅと第２レンズアレイグループＧ２の等価焦点距離ｆ_２ｅを変化させてズーム機能を実現することができる。

図１１を参照すると、主平面とは、第１レンズアレイグループＧ１、第２レンズアレイグループＧ２および集光レンズグループＧ３のそれぞれから入射されるレーザービームを延長した仮想の直線が、出射されるレーザービームを延長した仮想の直線と交差する地点でビーム軸に垂直な仮想の平面である。複数枚のレンズ（レンズアレイ、集光レンズ）を備えた場合には、主平面をレンズ１枚と仮定することができる。

等価焦点距離とは、複数枚のレンズで構成されたレンズグループ（レンズアレイグループ、集光レンズグループ）の焦点距離を仮想のレンズ１枚の焦点距離で表したものである。

図１２を参照すると、ｉ番目のレンズの屈折能をＫ_ｉ、ｉ番目のレンズの屈折率をｎ_ｉ、ｉ番目のレンズとその次のレンズとの距離をｄ_ｉ、ｉ番目のレンズに入射されるレーザービームと出射されるレーザービームとの角度をｕ_ｉ、ｉ番目のレンズの中心点から入射されるレーザービームの高さ（幅）をｈ_ｉと表現するとき、次の式９および式１０のような関係が成立することができる。

一方、等価焦点距離は、屈折能の逆数で表現できる。

したがって、レンズが１枚であるときの等価焦点距離は、次の式１２で表現できる。

また、レンズが２枚であるときの等価焦点距離は、次の式１３で表現できる。

レンズがＮ枚であるときの等価焦点距離は、次の式１４で表現できる。

したがって、上記の式を用いて、第１レンズアレイグループＧ１の等価焦点距離ｆ_１ｅ、第２レンズアレイグループＧ２の等価焦点距離ｆ_２ｅおよび集光レンズグループＧ３の等価焦点距離ｆ_ｃｅを計算することができ、これにより、基板の下面に到達したレーザービームのイメージの大きさを計算することができる。この時、イメージング条件を満足させるために、第１レンズアレイグループＧ１の主平面から第２レンズアレイグループＧ２の主平面までの距離が第２レンズアレイグループＧ２の等価焦点距離ｆ_２ｅと同一になるように位置させることができる。第１レンズアレイグループＧ１の等価焦点距離ｆ_１ｅ、第２レンズアレイグループＧ２の等価焦点距離ｆ_２ｅおよび集光レンズグループＧ３の等価焦点距離ｆ_ｃｅは、正数（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）であり得る。

上述したように、基板加熱ユニットの別の例の場合にも、基板加熱ユニットの一例および他の例と同様に、第１ビーム（全体均一形態）と第２ビーム（縁部強化形態）のうちのいずれか一つを基板に選択的に提供することができ、基板加熱ユニットの一例と同様にレーザービームのイメージの大きさを調節することができる。

以上では本発明を説明したが、本発明は、開示された実施形態および添付図面によって限定されず、本発明の技術的思想を逸脱することなく、通常の技術者によって多様に変形することができる。また、本発明の実施形態で説明した技術的思想は、それぞれ独立して実施されてもよく、二つ以上が互いに組み合わされて実施されてもよい。

１ チャンバ
２ 処理容器（液回収ユニット）
３ 基板支持ユニット
３１ スピンヘッド
３１１ ヘッド本体
３１２ 露出開口
３１３ 支持プレート
３１４ 支持ピン
３２ 基板チャック
３２１ チャックピン
４ 第１昇降駆動ユニット
５ 回転駆動ユニット
５１ ヘッド支持部材
５１１ ビーム通路
６ 第２昇降駆動ユニット
６１ ハウジング
７ 液供給ユニット
７３ ノズル
８ 基板加熱ユニット
８１ レーザー発生器
８２ ビームシェーパー
８２１ レンズアセンブリ
８２２ 集光レンズ
８３ 温度検出器
８４ 制御器
Ｂ１ 第１ビーム
Ｂ２ 第２ビーム
ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３、ＬＡ４ レンズアレイ
Ｗ 基板

Claims (10)

1. 基板を加熱するためのレーザービームを提供するレーザー発生器と、
   前記レーザー発生器からの前記レーザービームを加工して、均一化されたエネルギー分布を有する第１ビーム、および縁部領域が強化されたエネルギー分布を有する第２ビームのうちのいずれか一つを前記基板に選択的に提供するビームシェーパーと、を含み、
   前記ビームシェーパーは、
   前記レーザービームを複数に分割するレンズアセンブリと、
   前記レンズアセンブリによって分割された前記レーザービームを前記基板に集光させる集光レンズと、を含み、
   前記レンズアセンブリは、前記レーザービームが移動する経路上に前記経路に沿って配列された複数のレンズアレイを含み、
   複数の前記レンズアレイのうちの少なくとも一つは、前記経路に沿って移動可能であり、
   移動可能な前記レンズアレイは、前記レーザービームが前記第１ビームに加工される第１位置、および前記第２ビームに加工される第２位置のうちのいずれか一つに選択的に配置されることを特徴とする、基板加熱ユニット。
2. 前記ビームシェーパーは、移動可能な前記レンズアレイを移動させるレンズ駆動機構をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板加熱ユニット。
3. 前記基板の温度分布を検出する温度検出器と、
   前記温度検出器によって検出された前記基板の温度分布に基づいて前記レンズ駆動機構の作動を制御する制御器と、をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の基板加熱ユニット。
4. 複数の前記レンズアレイは、
   位置が固定された第１レンズアレイ、および
   前記第１レンズアレイと前記集光レンズとの間に前記経路に沿って移動可能に提供された第２レンズアレイであることを特徴とする、請求項１に記載の基板加熱ユニット。
5. 前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイおよび前記集光レンズは同軸に配置されたことを特徴とする、請求項４に記載の基板加熱ユニット。
6. 移動可能な前記レンズアレイが選択的に配置される前記第１位置と前記第２位置は、それぞれ下記数式を満足する位置と下記数式を満足しない位置であり、
   
   式中、ｄ_１２は前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の距離であり、ｆ_２は前記第２レンズアレイの焦点距離であることを特徴とする、請求項４に記載の基板加熱ユニット。
7. 複数の前記レンズアレイは、
   位置が固定された第１レンズアレイ、
   前記第１レンズアレイと前記集光レンズとの間に前記経路に沿って移動可能に提供された第２レンズアレイ、および
   前記第２レンズアレイと前記集光レンズとの間に前記経路に沿って移動可能に提供された第３レンズアレイであることを特徴とする、請求項１に記載の基板加熱ユニット。
8. 前記第１レンズアレイ、前記第２レンズアレイ、前記第３レンズアレイおよび前記集光レンズは同軸に配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の基板加熱ユニット。
9. 移動可能な前記レンズアレイが選択的に配置される前記第１位置と前記第２位置のうち、前記第１位置が下記数式１と下記数式２のうちの少なくとも一つを満足する位置であり、前記第２位置が下記数式１と下記数式２の両方ともを満足しない位置であり、
   
   
   これらの式中、
   ｄ_１２は前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の距離であり、
   ｄ_２３は前記第２レンズアレイと前記第３レンズアレイとの間の距離であり、
   ｆ_２は前記第２レンズアレイの焦点距離であり、
   ｆ_３は前記第３レンズアレイの焦点距離であることを特徴とする、請求項７に記載の基板加熱ユニット。
10. 複数の前記レンズアレイをそれぞれ構成するレンズレットは、前記基板に対応する形状に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の基板加熱ユニット。