KR102147379B1 - Heat-Treatment Apparatus and Method of Substrate using VCSEL - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판 기판이 안착되는 기판 지지판과 상기 평판 기판의 소정 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리 공정을 진행하는 히팅 모듈을 포함하는 기판 열처리 장치와, 평판 기판 또는 반도체 웨이퍼의 소정 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리 공정을 진행하는 기판 열처리 방법을 개시한다.The present invention is a substrate heat treatment apparatus including a substrate support plate on which a flat substrate is mounted and a heating module for performing a heat treatment process by simultaneously irradiating a VCSEL on a predetermined area of the flat substrate, and a VCSEL simultaneously on a predetermined area of the flat substrate or semiconductor wafer. Disclosed is a substrate heat treatment method in which irradiation is performed and a heat treatment process is performed.

Description

VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법{Heat-Treatment Apparatus and Method of Substrate using VCSEL}Heat-Treatment Apparatus and Method of Substrate using VCSEL}

본 발명은 VCSEL에서 조사되는 레이저를 이용하여 평판 기판 또는 반도체 웨이퍼를 가열하여 열처리하는 기판 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate heat treatment apparatus and method for heat treatment by heating a flat substrate or a semiconductor wafer using a laser irradiated from a VCSEL.

평판 패널 디스플레이 장치는 유리 기판에 저온 다결정 실리콘 박막이 증착되는 평판 기판을 사용한다. 상기 평판 기판은 실리콘 결정화 공정, 유전층 재료 증착 공정 및 이온 주입과 액티베이션 공정에 있어서 엄격한 제어를 필요로 한다. 특히 상기 액티베이션 공정은 소스 영역/드레인 영역의 전기적 활성화와 이온이 소량 주입된 드레인을 제공하여, 실리콘 및 주입 이온의 크고 작은 범위에서 이온의 재배열을 도와준다.A flat panel display device uses a flat substrate on which a low-temperature polycrystalline silicon thin film is deposited on a glass substrate. The flat substrate requires strict control in a silicon crystallization process, a dielectric layer material deposition process, and an ion implantation and activation process. In particular, the activation process provides electrical activation of a source region/drain region and a drain into which a small amount of ions are implanted, thereby helping to rearrange ions in a large and small range of silicon and implanted ions.

상기 액티베이션 장치는 일반적으로 할로겐 램프를 이용하는 장치 또는 칸탈 열선을 이용하는 장치등이 많이 사용되고 있다. 상기 액티베이션 장치는 평판 기판을 300 ~ 600℃의 온도로 가열하면서 주입 이온을 활성화시킨다. 최근에는 평판 디스플레이 장치의 고해상도화에 따라, 액티베이션 공정에서 유발되는 평판 기판의 열 수축 또는 변형이 문제가 된다.In general, the activation device is a device using a halogen lamp or a device using a Kanthal heating wire. The activation device activates implanted ions while heating the flat substrate to a temperature of 300 to 600°C. In recent years, as a flat panel display device becomes more high-resolution, heat shrinkage or deformation of a flat substrate caused by an activation process becomes a problem.

한편, 반도체 웨이퍼의 어닐링(annealing) 공정과 같은 열처리 공정에서는 할로겐 램프를 사용하여 반도체 웨이퍼를 가열하여 열처리하는 열처리 기술이 많이 사용되고 있다. 할로겐 램프를 이용한 열처리 기술은 반도체 웨이퍼의 전면 또는 후면에 광을 조사하고 복수 개의 위치에서 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하면서 실시간으로 반도체 웨이퍼의 온도를 제어하면서 진행한다. 할로겐 램프를 이용한 열처리 장치는 반도체 웨이퍼로 조사된 후 반사되는 광을 다시 웨이퍼로 조사하기 위한 반사판 구조가 복잡하고, 반도체 웨이퍼의 온도 균일도를 증가시키기 위하여 플래시 램프의 배열 구조가 복잡해지는 측면이 있다. 또한, 상기 할로겐 램프를 이용한 어닐링 장치는 할로겐 램프의 수명이 짧아 장치의 유지 비용이 증가되는 측면이 있다.Meanwhile, in a heat treatment process such as an annealing process of a semiconductor wafer, a heat treatment technique in which a semiconductor wafer is heated and heat treated using a halogen lamp is widely used. The heat treatment technology using a halogen lamp irradiates light to the front or rear surface of a semiconductor wafer and measures the temperature of the semiconductor wafer at a plurality of locations while controlling the temperature of the semiconductor wafer in real time. A heat treatment apparatus using a halogen lamp has a complicated structure of a reflector for irradiating light reflected back to the wafer after being irradiated to a semiconductor wafer, and an arrangement structure of a flash lamp to increase the temperature uniformity of the semiconductor wafer. In addition, the annealing apparatus using the halogen lamp has a short lifespan of the halogen lamp, thereby increasing the maintenance cost of the apparatus.

본 발명은 평판 기판의 열 수축 또는 변형을 감소시키고, 공정 시간을 단축시키는 기판 열처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a substrate heat treatment apparatus and method for reducing heat shrinkage or deformation of a flat substrate and shortening a process time.

또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼의 가열 온도 균일도를 증가시키고 열처리 시간과 제조 비용을 감소시키는 기판 열처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a substrate heat treatment apparatus and method for increasing the heating temperature uniformity of a semiconductor wafer and reducing heat treatment time and manufacturing cost.

본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치는 평판 기판이 안착되는 기판 지지판 및 상기 평판 기판의 소정 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리 공정을 진행하는 히팅 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 평판 기판은 소스 영역과 드레인 영역을 포함하는 박막 트랜지스터가 형성되는 유리 기판 또는 플렉서블 기판 또는 비정질 실리콘 박막이 형성되는 유리 기판 또는 플렉서블 기판일 수 있다.The substrate heat treatment apparatus using the VCSEL of the present invention is characterized in that it includes a substrate support plate on which a flat substrate is mounted and a heating module for performing a heat treatment process by simultaneously irradiating the VCSEL onto a predetermined area of the flat substrate. In this case, the flat substrate may be a glass substrate on which a thin film transistor including a source region and a drain region is formed, a flexible substrate, or a glass substrate or a flexible substrate on which an amorphous silicon thin film is formed.

또한, 상기 히팅 모듈은 상기 평판 기판의 폭 및 길이보다 큰 폭과 길이를 갖는 히팅 프레임 및 상기 평판 기판의 폭 및 길이보다 큰 폭과 길이를 갖는 영역에 행 방향과 열 방향으로 배열되어 VCSEL을 발진하는 레이저 유닛을 포함하며, 상기 히팅 모듈은 상기 평판 기판에서 열처리를 필요로 하는 영역의 전체 면적에 동시에 VCSEL을 조사하도록 형성될 수 있다.In addition, the heating module is arranged in a row direction and a column direction in a heating frame having a width and length greater than the width and length of the flat substrate, and a region having a width and length greater than the width and length of the flat substrate to oscillate the VCSEL. And a laser unit, wherein the heating module may be formed to simultaneously irradiate the VCSEL onto the entire area of the region requiring heat treatment in the flat substrate.

또한, 상기 히팅 모듈은 길이 방향으로 연장되며, 상기 평판 기판의 폭보다 큰 길이를 갖는 히팅 프레임 및 상기 히팅 프레임에 상기 평판 기판의 폭보다 큰 길이로 배열되어 VCSEL을 발진하는 레이저 유닛을 포함하며, 상기 히팅 모듈은 상기 평판 기판의 전체 폭 및 소정 길이의 영역에 동시에 VCSEL을 조사하며 상기 평판 기판의 길이 방향으로 스캔하면서 VCSEL을 조사하도록 형성될 수 있다.In addition, the heating module includes a heating frame extending in the longitudinal direction and having a length greater than the width of the flat substrate, and a laser unit arranged in the heating frame to have a length greater than the width of the flat substrate to oscillate the VCSEL, The heating module may be formed to simultaneously irradiate the VCSEL to the entire width and a predetermined length of the flat substrate and to irradiate the VCSEL while scanning in the longitudinal direction of the flat substrate.

또한, 상기 히팅 프레임은 상기 평판 기판과 대향하는 면에 형성되는 수용 홈을 구비하며, 상기 레이저 유닛은 상기 수용 홈에 분리 가능하게 결합되도록 형성될 수 있다.In addition, the heating frame may include a receiving groove formed on a surface facing the flat substrate, and the laser unit may be formed to be detachably coupled to the receiving groove.

또한, 상기 기판은 반도체 웨이퍼로 형성되며, 상기 기판 지지판의 하부에 결합되어 상기 기판 지지판을 회전시키는 회전 모듈을 더 포함하며, 상기 히팅 모듈은 상기 반도체 웨이퍼의 직경보다 큰 폭과 길이를 갖는 히팅 프레임 및 상기 히팅 프레임에 행 방향과 열 방향으로 배열되어 VCSEL을 발진하는 레이저 유닛을 포함하며, 상기 히팅 모듈은 상기 반도체 웨이퍼의 전체 면적에 동시에 VCSEL을 조사하도록 형성될 수 있다.In addition, the substrate is formed of a semiconductor wafer, further comprising a rotation module coupled to the lower portion of the substrate support plate to rotate the substrate support plate, the heating module is a heating frame having a larger width and length than the diameter of the semiconductor wafer And a laser unit arranged in the heating frame in a row direction and a column direction to oscillate the VCSEL, and the heating module may be formed to simultaneously irradiate the VCSEL onto the entire area of the semiconductor wafer.

또한, 상기 히팅 프레임은 상기 반도체 웨이퍼와 대향하는 면에 행 방향과 열 방향으로 배열되어 격자 형상을 이루도록 형성되는 수용 홈을 구비하며, 상기 레이저 유닛은 상기 수용 홈에 분리 가능하게 결합되도록 형성될 수 있다.In addition, the heating frame has a receiving groove arranged in a row direction and a column direction on a surface facing the semiconductor wafer to form a lattice shape, and the laser unit may be formed to be detachably coupled to the receiving groove. have.

또한, 상기 레이저 유닛은 상기 수용 홈에 모두 결합되거나, 사각 형상을 이루도록 인접하는 4개의 상기 수용 홈에서 대각선 방향으로 2개에만 결합되거나, 사각 형상을 이루도록 인접하는 4개의 상기 수용 홈에서 어느 하나에만 결합되도록 형성될 수 있다.In addition, the laser unit is all coupled to the receiving groove, or only two of the four adjacent receiving grooves to form a square shape in a diagonal direction, or only one of the four adjacent receiving grooves to form a square shape. It can be formed to be combined.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치는 평판 기판 또는 반도체 웨이퍼의 소정 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리 공정을 진행하도록 이루어질 수 있다.In addition, the substrate heat treatment apparatus using the VCSEL of the present invention may be configured to perform a heat treatment process by simultaneously irradiating the VCSEL onto a predetermined area of a flat substrate or a semiconductor wafer.

또한, 상기 열처리 공정은 유리 기판 또는 플렉서블 기판에 형성되는 박막 트랜지스터의 소스 영역 및 드레인 영역에 대한 액티베이션 공정, 상기 유리 기판 또는 플렉서블 기판에 형성되는 비정질 실리콘 박막의 결정화 공정 또는 상기 반도체 웨이퍼를 가열하는 가열 공정일 수 있다.In addition, the heat treatment process includes an activation process for a source region and a drain region of a thin film transistor formed on a glass substrate or a flexible substrate, a crystallization process of an amorphous silicon thin film formed on the glass substrate or a flexible substrate, or heating the semiconductor wafer It can be fair.

또한, 상기 열처리 공정은 상기 평판 기판에서 열처리가 필요한 영역 또는 상기 반도체 웨이퍼에서 열처리가 필요한 영역의 전체에 VCSEL을 동시에 조사하여 진행될 수 있다.In addition, the heat treatment process may be performed by simultaneously irradiating the VCSEL over a region requiring heat treatment on the flat substrate or an entire region requiring heat treatment on the semiconductor wafer.

또한, 상기 열처리 공정은 상기 평판 기판의 전체 폭과 소정 길이의 영역에 동시에 VCSEL을 조사하며, 상기 평판 기판의 길이 방향으로 스캔하면서 VCSEL을 조사하여 진행될 수 있다.In addition, the heat treatment process may be performed by simultaneously irradiating the VCSEL to the entire width and a predetermined length of the flat substrate, and irradiating the VCSEL while scanning in the longitudinal direction of the flat substrate.

본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 면발광 레이저인 VCSEL 소자를 적어도 평판 기판에 대응되는 면적을 갖는 평면 형상으로 배열하여 평판 기판의 액티베이션 영역을 전체적으로 균일하게 가열하므로 액티베이션 과정에서 온도 균일도가 향상되고 평판 기판의 열 수축 또는 변형이 최소화되는 효과가 있다.In the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention, the VCSEL element, which is a surface-emitting laser, is arranged in a planar shape having an area corresponding to at least the flat substrate to uniformly heat the activation area of the flat substrate, so that the temperature uniformity in the activation process is It is improved and there is an effect of minimizing heat shrinkage or deformation of the flat substrate.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 VCSEL 소자의 배열 간격을 조정하거나 위치에 따라 인가되는 전력을 달리함으로써 평판 기판에서 액티베이션 영역을 독립적으로 가열할 수 있는 효과가 있다.In addition, the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention has the effect of independently heating the activation region in the flat substrate by adjusting the arrangement interval of VCSEL elements or varying the applied power according to the position.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 VCSEL 소자를 적어도 평판 기판의 면적을 갖는 평면 형상으로 배열함으로써 히팅 모듈의 구조가 간단해지는 효과가 있다.Further, the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention has the effect of simplifying the structure of the heating module by arranging the VCSEL elements in a planar shape having at least the area of the flat substrate.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 고출력의 VCSEL 소자에서 발진되는 레이저를 사용하므로 온도 상승률이 높고 공정 시간을 단축되는 효과가 있다.In addition, since the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention uses a laser oscillated from a high-power VCSEL element, the temperature rise rate is high and the process time is shortened.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 면발광 레이저인 VCSEL 소자를 적어도 반도체 웨이퍼의 면적을 갖는 평면 형상으로 배열하여 반도체 웨이퍼의 전면 또는 후면을 동시에 가열하므로 온도 균일도가 향상되는 효과가 있다.In addition, the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention has the effect of improving temperature uniformity because the front or rear surfaces of the semiconductor wafer are simultaneously heated by arranging the VCSEL elements, which are surface-emitting lasers, in a planar shape having at least the area of the semiconductor wafer. have.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 VCSEL 소자의 배열 간격을 조정하거나 위치에 따라 인가되는 전력을 달리함으로써 반도체 웨이퍼의 온도 균일도가 더욱 향상되는 효과가 있다.In addition, the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention has the effect of further improving the temperature uniformity of the semiconductor wafer by adjusting the arrangement interval of the VCSEL elements or varying the applied power according to the location.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 VCSEL 소자를 적어도 반도체 웨이퍼의 면적을 갖는 평면 형상으로 배열함으로써 히팅 모듈의 구조가 간단해지는 효과가 있다.In addition, the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention has the effect of simplifying the structure of the heating module by arranging the VCSEL elements in a planar shape having at least the area of a semiconductor wafer.

또한, 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법은 VCSEL 소자의 수명이 상대적으로 길어 장치의 유지 비용이 감소되는 효과가 있다.In addition, the substrate heat treatment apparatus and method using the VCSEL of the present invention has the effect of reducing the maintenance cost of the device because the life of the VCSEL element is relatively long.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 열처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 히팅 모듈의 저면도이다.
도 3은 도 2의 레이저 유닛의 확대 저면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅 모듈의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 열처리 장치를 이용하여 평판 기판의 소스/드레인 영역의 액티베이션 공정을 진행하는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 도 6의 기판 열처리 장치의 히팅 모듈에 대한 저면도이다.
도 8은 도 7의 레이저 유닛의 배열 구조도이다.
도 9는 도 7의 히팅 모듈의 온도 분포에 대한 사진(a)과 그래프(b)이다.
도 10은 도 7의 히팅 모듈에 공급되는 전력에 따른 온도 상승률에 대한 평가 그래프이다.1 is a schematic configuration diagram of a heat treatment apparatus using a VCSEL according to an embodiment of the present invention.
2 is a bottom view of the heating module of FIG. 1.
3 is an enlarged bottom view of the laser unit of FIG. 2.
4 is a bottom view of a heating module according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a process of activating a source/drain region of a flat substrate using a substrate heat treatment apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
6 is a schematic configuration diagram of a substrate heat treatment apparatus using a VCSEL according to another embodiment of the present invention.
7 is a bottom view of a heating module of the substrate heat treatment apparatus of FIG. 6.
8 is an arrangement structure diagram of the laser unit of FIG. 7.
9 is a photograph (a) and a graph (b) of the temperature distribution of the heating module of FIG. 7.
10 is an evaluation graph of a temperature increase rate according to power supplied to the heating module of FIG. 7.

이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치 및 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for heat treating a substrate using a VCSEL of the present invention will be described in more detail with reference to examples and the accompanying drawings.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치의 구조에 대하여 설명한다. First, a structure of a substrate heat treatment apparatus using a VCSEL according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 열처리 장치의 개략적인 구성도이다. 도 2는 도 1의 히팅 모듈의 저면도이다. 도 3은 도 2의 레이저 유닛의 확대 저면도이다.1 is a schematic configuration diagram of a heat treatment apparatus using a VCSEL according to an embodiment of the present invention. 2 is a bottom view of the heating module of FIG. 1. 3 is an enlarged bottom view of the laser unit of FIG. 2.

본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치(100)는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 지지판(110) 및 히팅 모듈(120)을 포함하여 형성된다. 상기 기판 열처리 장치(100)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 내부가 중공이며 열처리 분위기가 형성되는 열처리 챔버를 구비하며, 열처리 챔버 내부에 기판 지지판(110) 및 히팅 모듈(120)이 위치한다.The substrate heat treatment apparatus 100 using a VCSEL according to an embodiment of the present invention is formed including a substrate support plate 110 and a heating module 120 with reference to FIGS. 1 to 3. Although not specifically shown, the substrate heat treatment apparatus 100 includes a heat treatment chamber having a hollow interior and forming a heat treatment atmosphere, and a substrate support plate 110 and a heating module 120 are positioned inside the heat treatment chamber.

상기 기판 열처리 장치(100)는 유리 기판 또는 플렉서블 기판에 형성되는 박막 트랜지스터를 구비하는 평판 기판(10)의 상부 또는 하부에서 소스 영역 또는 드레인 영역과 같은 액티베이션 영역에 VCSEL을 선택적으로 조사하여 액티베이션 공정과 같은 열처리 공정을 진행한다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(100)는 유리 기판 또는 플렉서블 기판에 형성되는 비정질 실리콘 박막을 구비하는 평판 기판의 상부 또는 하부에서 비정질 실리콘 박막에 VCSEL을 조사하여 결정화 공정과 같은 열처리 공정을 진행한다. The substrate heat treatment apparatus 100 selectively irradiates the VCSEL to an activation region such as a source region or a drain region from an upper or lower portion of a flat substrate 10 including a thin film transistor formed on a glass substrate or a flexible substrate to perform an activation process. The same heat treatment process is performed. In addition, the substrate heat treatment apparatus 100 performs a heat treatment process such as a crystallization process by irradiating VCSEL to the amorphous silicon thin film on or under a flat substrate having an amorphous silicon thin film formed on a glass substrate or a flexible substrate.

상기 기판 열처리 장치(100)는 면발광 레이저인 VCSEL을 평판 기판(10)의 소정 면적에 조사하여 열처리 공정을 진행한다. 상기 기판 열처리 장치(100)는 바람직하게는 평판 기판(10)에서 열처리가 필요한 열처리 영역의 전체 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리를 진행한다. 예를 들면, 상기 기판 열처리 장치(100)는 평판 기판(10)에서 액티베이션 영역의 전체에 VCSEL을 조사하여 액티베이션 공정을 진행한다. 상기 기판 열처리 장치(100)는 액티베이션 영역을 전체적으로 균일하게 가열하므로 액티베이션 과정에서 평판 기판(10)의 열 수축 또는 변형을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(100)는 평판 기판에서 비정질 실리콘 박막이 형성된 결정화 영역의 전체에 VCSEL을 조사하여 결정화 공정을 진행한다. 상기 기판 열처리 장치(100)는 결정화 영역을 전체적으로 균일하게 가열하므로 결정화 과정에서 평판 기판(10)의 열 수축 또는 변형을 최소화시킬 수 있다.The substrate heat treatment apparatus 100 performs a heat treatment process by irradiating a surface-emission laser VCSEL onto a predetermined area of the flat substrate 10. The substrate heat treatment apparatus 100 preferably performs heat treatment by simultaneously irradiating the VCSEL over the entire area of the heat treatment region requiring heat treatment on the flat substrate 10. For example, the substrate heat treatment apparatus 100 performs an activation process by irradiating the VCSEL over the entire activation area of the flat substrate 10. Since the substrate heat treatment apparatus 100 uniformly heats the entire activation region, it is possible to minimize thermal contraction or deformation of the flat substrate 10 during the activation process. In addition, the substrate heat treatment apparatus 100 performs a crystallization process by irradiating the VCSEL over the entire crystallization region in which the amorphous silicon thin film is formed on the flat substrate. Since the substrate heat treatment apparatus 100 uniformly heats the crystallization region as a whole, it is possible to minimize thermal contraction or deformation of the flat substrate 10 during the crystallization process.

또한, 상기 기판 열처리 장치(100)는 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(100)는 가열 온도등을 고려하여 공정 시간을 수msec에서 수백 sec까지 조절할 수 있도록 한다.In addition, the substrate heat treatment apparatus 100 may shorten a process time. In addition, the substrate heat treatment apparatus 100 allows the process time to be adjusted from several msec to several hundreds of sec in consideration of heating temperature and the like.

상기 평판 기판(10)은 평판 디스플레이 장치인 액정 디스플레이 장치 또는 유기 발광 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 또한, 상기 평판 기판은 태양 전지와 같은 장치에도 사용될 수 있다.The flat substrate 10 may be used for a liquid crystal display device or an organic light emitting display device, which is a flat panel display device. In addition, the flat substrate may be used in devices such as solar cells.

상기 기판 지지판(110)은 상면에 안착되는 평판 기판(10)보다 큰 면적을 갖는 판상으로 형성된다. 상기 평판 기판(10)은 유리 기판 또는 플렉서블 기판일 수 있다. 상기 기판 지지판(110)은 평판 디스플레이 장치용 평판 기판의 제조 사용되는 일반적인 기판 지지판으로 형성된다. 상기 기판 지지판(110)은 상면에 안착되는 평판 기판(10)을 고정하기 위한 척킹 수단(미도시)을 구비하여 형성될 수 있다.The substrate support plate 110 is formed in a plate shape having an area larger than that of the flat substrate 10 mounted on the upper surface. The flat substrate 10 may be a glass substrate or a flexible substrate. The substrate support plate 110 is formed of a general substrate support plate used for manufacturing a flat substrate for a flat panel display device. The substrate support plate 110 may be formed with a chucking means (not shown) for fixing the flat substrate 10 mounted on the upper surface.

상기 히팅 모듈(120)은 히팅 프레임(121) 및 레이저 유닛(125)을 포함하여 형성된다. 상기 히팅 모듈(120)은 기판 지지판(110)의 상부 또는 하부에 위치하며, 기판 지지판(110)에 안착되는 평판 기판(10)에서 전체 열처리 영역에 레이저를 동시에 조사한다.The heating module 120 includes a heating frame 121 and a laser unit 125. The heating module 120 is positioned above or below the substrate support plate 110 and simultaneously irradiates a laser onto the entire heat treatment area in the flat substrate 10 mounted on the substrate support plate 110.

상기 히팅 모듈(120)은 복수 개의 레이저 유닛(125)이 행 방향과 열 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 히팅 모듈(120)은 평판 기판(10)의 면적보다 큰 면적에 레이저 유닛이 평면 형상으로 배열되도록 형성된다. 상기 히팅 모듈(120)은 평판 기판(10)의 액티베이션 온도와 평판 기판(10)의 면적에 따라 레이저 유닛(125)의 배열 간격과 개수가 달라질 수 있다.The heating module 120 is formed by arranging a plurality of laser units 125 in a row direction and a column direction. The heating module 120 is formed such that the laser units are arranged in a planar shape in an area larger than the area of the flat substrate 10. The heating module 120 may have different arrangement intervals and the number of laser units 125 according to the activation temperature of the flat substrate 10 and the area of the flat substrate 10.

상기 히팅 모듈(120)은 레이저 유닛(125)과 평판 기판(10)의 상면 또는 하면과 소정 거리로 이격되도록 위치한다. 상기 이격 거리는 레이저 유닛(125)의 배열 간격과 배열 형태에 따라 평판 기판(10)의 열처리 영역 또는 액티베이션 영역만을 적정하게 가열할 수 있도록 조정된다.The heating module 120 is positioned so as to be spaced apart from the top or bottom surface of the laser unit 125 and the flat substrate 10 by a predetermined distance. The spacing distance is adjusted to appropriately heat only the heat treatment area or the activation area of the flat substrate 10 according to the arrangement interval and arrangement shape of the laser unit 125.

상기 히팅 프레임(121)은 전체적으로 판상을 이루도록 형성되며, 평판 기판(10)의 폭 및 길이보다 큰 폭과 길이를 갖는 사각 판상으로 형성된다. 상기 히팅 프레임(121)은 수용 홈(122)을 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 히팅 프레임(121)이 평판으로 형성되고 레이저 유닛(125)이 히팅 프레임의 하면에 직접 고정되는 경우에, 수용 홈(122)은 생략될 수 있다.The heating frame 121 is formed to form a plate shape as a whole, and is formed in a square plate shape having a width and length greater than that of the flat substrate 10. The heating frame 121 may be formed to include a receiving groove 122. Meanwhile, when the heating frame 121 is formed as a flat plate and the laser unit 125 is directly fixed to the lower surface of the heating frame, the receiving groove 122 may be omitted.

상기 수용 홈(122)은 히팅 프레임에서 평판 기판과 대향하는 면에 하부 또는 상부로 개방되어 형성된다. 상기 수용 홈(122)은 격자 형상으로 배열되어 형성된다. 상기 수용 홈(122)은 레이저 유닛(125)이 수용되는 공간을 제공한다. 상기 수용 홈(122)은 레이저 유닛(125)이 수용되는데 필요한 부피를 갖도록 형성된다. 상기 수용 홈(122)은 레이저 유닛(125)이 분리 가능하게 결합되도록 형성될 수 있다.The receiving groove 122 is formed by being opened downward or upward on a surface facing the flat substrate in the heating frame. The receiving groove 122 is formed by being arranged in a grid shape. The receiving groove 122 provides a space in which the laser unit 125 is accommodated. The receiving groove 122 is formed to have a volume required for receiving the laser unit 125. The receiving groove 122 may be formed such that the laser unit 125 is detachably coupled.

상기 히팅 프레임(121)은 구체적으로 도시하지는 않았지만 내부에 냉각수가 흐르는 냉각 유로가 형성될 수 있다. 상기 히팅 프레임(121)은 수용 홈(122)에 수용되는 레이저 유닛(125)과 접촉하면서 외부로부터 공급되는 냉각수를 이용하여 레이저 유닛(125)을 냉각할 수 있다. 이 경우에 상기 히팅 프레임(121)은 전체 레이저 유닛(125)을 냉각하게 된다. 상기 레이저 유닛(125)은 작동할 때 발생되는 열에 수명이 저하될 수 있다.Although the heating frame 121 is not specifically illustrated, a cooling passage through which cooling water flows may be formed. The heating frame 121 may cool the laser unit 125 using cooling water supplied from the outside while contacting the laser unit 125 accommodated in the receiving groove 122. In this case, the heating frame 121 cools the entire laser unit 125. The life of the laser unit 125 may be reduced due to heat generated during operation.

한편, 상기 히팅 프레임(121)은 각각의 레이저 유닛(125)에 냉각수를 공급하도록 냉각 유로가 형성될 수 있다. 즉, 상기 히팅 프레임(121)은 각각의 수용 홈(122)에 수용되는 레이저 유닛(125)에 직접 냉각수가 공급되도록 냉각 유로가 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 유닛(125)은 후면에 냉각수가 흐르는 냉각 유로가 개별적으로 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 레이저 유닛은 히팅 프레임(121)에서 공급되는 냉각수에 의하여 개별적으로 냉각된다.Meanwhile, the heating frame 121 may have a cooling channel formed to supply cooling water to each of the laser units 125. That is, the heating frame 121 may be formed with a cooling channel so that the cooling water is directly supplied to the laser unit 125 accommodated in each receiving groove 122. In addition, the laser unit 125 may have a cooling flow path through which coolant flows on a rear surface. In this case, the laser unit is individually cooled by the cooling water supplied from the heating frame 121.

상기 레이저 유닛(125)은 적어도 1개의 VCSEL 소자(126)를 포함하여 형성된다. 상기 레이저 유닛(125)은 바람직하게는 복수 개의 VCSEL 소자(126)가 평면상으로 사각 형상을 이루도록 배열되어 형성된다. 예를 들면, 상기 레이저 유닛(125)은, 도 3을 참조하면, 복수 개의 VCSEL 소자(126)가 행 방향과 열 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 레이저 유닛(125)은 구체적으로 도시하는 않았지만, VCSEL 소자(126)를 고정하기 위한 발광 프레임(미도시)과 VCSEL 소자(126)에 전력을 공급하기 위한 전력선 및 전력 입출력 단자(미도시)를 구비하여 형성될 수 있다. 상기 레이저 유닛(125)은 전체에 동일한 전력이 인가되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 유닛(125)은 각각에 서로 다른 전력이 인가되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 레이저 유닛(125)은 VCSEL 소자(126)에 인가되는 전력을 제어하는 제어 소자를 포함할 수 있다.The laser unit 125 is formed by including at least one VCSEL element 126. The laser unit 125 is preferably formed by arranging a plurality of VCSEL elements 126 to form a square shape in a plane. For example, referring to FIG. 3, the laser unit 125 is formed by arranging a plurality of VCSEL elements 126 in a row direction and a column direction. Although the laser unit 125 is not specifically shown, a light emitting frame (not shown) for fixing the VCSEL element 126 and a power line and a power input/output terminal (not shown) for supplying power to the VCSEL element 126 are provided. It can be formed with. The laser unit 125 may be formed so that the same power is applied to the whole. In addition, the laser unit 125 may be formed so that different power is applied to each. In this case, the laser unit 125 may include a control element that controls power applied to the VCSEL element 126.

상기 VCSEL 소자(126)는 면발광 레이저를 발진하는 소자로 형성된다. 상기 VCSEL 소자(126)는 사각 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 정사각형 또는 폭과 길이의 비가 1:2를 초과하지 않는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(126)는 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저가 발진된다. 상기 VCSEL 소자(126)는 고출력의 레이저를 발진하므로, 기존의 할로겐 램프에 대비하여 평판 기판(10)의 온도 상승률을 증가시킬 수 있으며, 수명도 상대적으로 길다.The VCSEL device 126 is formed of a device that oscillates a surface-emitting laser. The VCSEL element 126 may be formed in a square shape, preferably a square shape or a rectangular shape in which the ratio of width and length does not exceed 1:2. The VCSEL device 126 is manufactured as a hexahedral chip, and a high-power laser is oscillated on one surface. Since the VCSEL element 126 oscillates a high-power laser, it is possible to increase a temperature increase rate of the flat substrate 10 compared to a conventional halogen lamp, and has a relatively long life.

다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅 모듈에 대하여 설명한다.Next, a heating module according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅 모듈(220)은, 도 4를 참조하면, 히팅 프레임(221) 및 레이저 유닛(225)을 포함하여 형성된다.The heating module 220 according to another embodiment of the present invention, referring to FIG. 4, is formed to include a heating frame 221 and a laser unit 225.

상기 히팅 모듈(220)은 복수 개의 레이저 유닛(225)이 길이 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 히팅 모듈(220)은 평판 기판(10)의 폭보다 큰 길이에 걸쳐서 레이저 유닛(225)이 배열되도록 형성된다. 상기 히팅 모듈(220)은 평판 기판(10)의 열처리 온도와 평판 기판(10)의 폭에 따라 레이저 유닛(225)의 배열 간격과 개수가 달라질 수 있다. 한편, 여기서, 상기 평판 기판(10)의 폭은 길이가 될 수 있으며, 선택적인 개념이다.The heating module 220 is formed by arranging a plurality of laser units 225 in the longitudinal direction. The heating module 220 is formed so that the laser unit 225 is arranged over a length greater than the width of the flat substrate 10. The heating module 220 may have different arrangement intervals and the number of laser units 225 according to the heat treatment temperature of the flat substrate 10 and the width of the flat substrate 10. Meanwhile, here, the width of the flat substrate 10 may be a length and is an optional concept.

상기 히팅 모듈(220)은 평판 기판의 폭의 전체와 평판 기판의 소정 길이의 영역에 대하여 동시에 VCSEL을 조사한다. 또한, 상기 히팅 모듈(220)은 평판 기판(10)을 길이 방향으로 스캔하면서 레이저를 조사한다. 따라서, 상기 히팅 모듈은 평판 기판의 폭 방향의 전체에 대하여 동시에 VCSEL을 조사하고 길이 방향으로 스캔하면서 VCSEL을 조사하여 열처리를 진행하므로 평판 기판의 폭 방향으로의 수축 또는 변형등을 감소시킬 수 있다.The heating module 220 simultaneously irradiates the VCSEL for the entire width of the flat substrate and the area of the predetermined length of the flat substrate. In addition, the heating module 220 irradiates a laser while scanning the flat substrate 10 in the longitudinal direction. Accordingly, the heating module simultaneously irradiates the VCSEL over the entire width direction of the flat plate and performs heat treatment by irradiating the VCSEL while scanning in the length direction, so that shrinkage or deformation of the flat substrate in the width direction can be reduced.

상기 히팅 모듈(220)은 히팅 프레임(221)과 레이저 유닛(225)을 이동시키기 위한 이동 유닛(미도시)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 이동 유닛은 반도체 또는 평판 디스플레이 장치의 제조 장치에서 사용되는 일반적인 이동 장치로 형성될 수 있다. 또한, 상기 히팅 모듈(220)은 레이저 유닛(225)의 작동을 제어하는 별도의 제어 유닛(미도시)을 구비하여 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅 모듈(220)은 도 1 내지 도 3의 기판 열처리 장치(100)에 장착되어 사용된다.The heating module 220 may further include a moving unit (not shown) for moving the heating frame 221 and the laser unit 225. The moving unit may be formed as a general moving device used in an apparatus for manufacturing a semiconductor or flat panel display device. Further, the heating module 220 may be formed with a separate control unit (not shown) that controls the operation of the laser unit 225. Meanwhile, the heating module 220 according to another embodiment of the present invention is mounted and used in the substrate heat treatment apparatus 100 of FIGS. 1 to 3.

상기 히팅 프레임(221)은 길이 방향으로 연장되어 전체적으로 바 형상을 이루도록 형성되며, 길이가 평판 기판(10)의 폭 또는 길이보다 크게 형성된다. 상기 히팅 프레임(221)은 복수 개의 수용 홈(222)이 형성된다.The heating frame 221 extends in the longitudinal direction and is formed to form a bar shape as a whole, and has a length greater than the width or length of the flat substrate 10. The heating frame 221 has a plurality of receiving grooves 222 formed therein.

상기 수용 홈(222)은 히팅 프레임(221)에서 평판 기판(10)과 대향하는 면인 하면 또는 상면에 홈 형상으로 형성된다. 상기 수용 홈(222)은 레이저 유닛(225)이 수용되는 공간을 제공한다. 상기 수용 홈(222)은 히팅 프레임(221)에서 길이 방향으로 배열된다. 상기 수용 홈(222)은 서로 접하거나 이격되어 형성된다.The receiving groove 222 is formed in a groove shape on a lower surface or upper surface of the heating frame 221 that faces the flat substrate 10. The receiving groove 222 provides a space in which the laser unit 225 is accommodated. The receiving groove 222 is arranged in the length direction in the heating frame 221. The receiving grooves 222 are formed to be in contact with or spaced apart from each other.

상기 레이저 유닛(225)은 적어도 1개의 VCSEL 소자(126)를 포함하여 형성된다. 상기 레이저 유닛(225)은, 도 4를 참조하면, 히팅 프레임(221)에 길이 방향으로 한 줄로 배열되어 형성된다. 상기 레이저 유닛(225)은 수용 홈(222)에 삽입되어 고정된다. 상기 레이저 유닛(225)은 수용 홈(222)에 분리 가능하게 결합될 수 있다.The laser unit 225 is formed by including at least one VCSEL element 126. The laser unit 225, referring to FIG. 4, is formed by being arranged in a row on the heating frame 221 in the longitudinal direction. The laser unit 225 is inserted into the receiving groove 222 and fixed. The laser unit 225 may be detachably coupled to the receiving groove 222.

상기 히팅 모듈(220)은 평판 기판(10)의 상부 또는 하부에서 평판 기판(10)을 스캔하면서 액티베이션 영역과 같은 열처리 영역에 레이저를 조사한다. 따라서, 상기 히팅 모듈(220)이 이동하여 액티베이션 영역에 위치하면, 레이저 유닛(225)의 VCSEL 소자(126)가 작동하여 해당 액티베이션 영역에 레이저를 조사한다. 또한, 상기 히팅 모듈(220)이 액티베이션 영역을 지나면, 해당 VCSEL 소자(126)는 작동을 중지한다.The heating module 220 irradiates a laser to a heat treatment region such as an activation region while scanning the flat substrate 10 from above or below the flat substrate 10. Therefore, when the heating module 220 moves and is located in the activation area, the VCSEL element 126 of the laser unit 225 operates to irradiate a laser to the activation area. In addition, when the heating module 220 passes through the activation area, the corresponding VCSEL device 126 stops operating.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치를 이용한 액티베이션 방법에 대하여 설명한다.Next, an activation method using a substrate heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치를 이용하여 평판 기판의 소스/드레인 영역의 액티베이션 공정을 진행하는 공정도이다.5 is a diagram illustrating a process of performing an activation process of a source/drain region of a flat substrate by using the substrate heat treatment apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 기판 열처리 장치(100)는, 도 5를 참조하면, 플렉서블 기판(10)의 상면에 형성되는 저온 단결정 실리콘 박막 트랜지스터의 소스 영역과 드레인 영역에 레이저를 조사하여 액티베이션 공정을 진행한다. 상기 저온 단결정 실리콘 박막 트랜지스터는 소스 영역과 드레인 영역에 이온이 주입되고 액티베이션되어 형성된다.Referring to FIG. 5, the substrate heat treatment apparatus 100 performs an activation process by irradiating a laser to a source region and a drain region of a low-temperature single crystal silicon thin film transistor formed on the upper surface of the flexible substrate 10. The low-temperature single crystal silicon thin film transistor is formed by implanting and activating ions in a source region and a drain region.

상기 기판 열처리 장치(100)의 히팅 모듈(120)이 투명한 플렉서블 기판(10)의 하부에 위치하여 플렉서블 기판(10)의 액티베이션 영역으로 레이저를 동시에 조사한다. 상기 VCSEL 소자(126)에서 조사되는 레이저는 대략 980nm의 파장을 가지며, 약 98%이상이 플렉서블 기판(10)을 투과하여 소스 영역 및 드레인 영역에 조사된다. 따라서, 상기 기판 열처리 장치(100)는 소스 영역과 드레인 영역에 대응되는 위치에 배열되는 레이저 유닛(125)을 선택적으로 작동시켜 레이저를 조사할 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(100)는 소스 영역과 드레인 영역만을 선택적으로 조사하여 가열하므로, 플렉서블 기판(10)의 열 수축 또는 변형을 최소화시킬 수 있다.The heating module 120 of the substrate heat treatment apparatus 100 is positioned under the transparent flexible substrate 10 to simultaneously irradiate a laser to the activation region of the flexible substrate 10. The laser irradiated from the VCSEL device 126 has a wavelength of approximately 980 nm, and about 98% or more passes through the flexible substrate 10 and is irradiated to the source region and the drain region. Accordingly, the substrate heat treatment apparatus 100 may irradiate a laser by selectively operating the laser units 125 arranged at positions corresponding to the source region and the drain region. Since the substrate heat treatment apparatus 100 selectively irradiates and heats only the source region and the drain region, heat shrinkage or deformation of the flexible substrate 10 may be minimized.

다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 열처리 장치에 대하여 설명한다.Next, a substrate heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치의 개략적인 구성도이다. 도 7은 도 6의 기판 열처리 장치의 히팅 모듈에 대한 저면도이다. 도 8은 도 6의 히팅 모듈에서 레이저 유닛의 배열 구조를 나타낸다.6 is a schematic configuration diagram of a substrate heat treatment apparatus using a VCSEL according to another embodiment of the present invention. 7 is a bottom view of a heating module of the substrate heat treatment apparatus of FIG. 6. 8 shows an arrangement structure of a laser unit in the heating module of FIG. 6.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치(300)는, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 기판 지지판(310)과 히팅 모듈(320) 및 회전 모듈(330)을 포함하여 형성된다. 상기 기판 열처리 장치(300)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 내부가 중공이며 열처리 분위기가 형성되는 열처리 챔버를 구비하며, 열처리 챔버 내부에 기판 지지판(310)과 히팅 모듈(320)이 위치한다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(300)는 히팅 모듈(320)에서 발진되는 VCSEL을 기판 지지판(310)에 안착되는 반도체 웨이퍼(20)의 소정 면적에 동시에 조사하여 반도체 웨이퍼(20)를 열처리한다. 상기 열처리는 반도체 웨이퍼(20)의 상면에 형성되는 비정질 실리콘 박막의 결정화 공정 또는 반도체 웨이퍼(20)의 어닐링 공정일 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(300)는 바람직하게는 반도체 웨이퍼(20)에서 열처리가 필요한 열처리 영역의 전체 면적에 동시에 VCSEL을 조사하여 가열한다. 상기 기판 열처리 장치는 반도체 웨이퍼(2)의 전체 면적을 동시에 가열하므로 온도 균일도가 증가하고 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 상기 기판 열처리 장치는 가열 온도등을 고려하여 공정 시간을 수msec에서 수백 sec까지 조절할 수 있도록 한다.한편, 상기 기판 열처리 장치(300)는 히팅 모듈(320)이 기판 지지판(310)의 하부에 위치하여 반도체 웨이퍼(20)의 하면에 레이저를 조사하도록 형성될 수 있다.A substrate heat treatment apparatus 300 using a VCSEL according to another embodiment of the present invention is formed including a substrate support plate 310, a heating module 320, and a rotation module 330 with reference to FIGS. 6 to 8 do. Although not specifically illustrated, the substrate heat treatment apparatus 300 includes a heat treatment chamber having a hollow interior and forming a heat treatment atmosphere, and a substrate support plate 310 and a heating module 320 are positioned inside the heat treatment chamber. In addition, the substrate heat treatment apparatus 300 simultaneously irradiates the VCSEL oscillated from the heating module 320 onto a predetermined area of the semiconductor wafer 20 mounted on the substrate support plate 310 to heat-treat the semiconductor wafer 20. The heat treatment may be a crystallization process of an amorphous silicon thin film formed on the upper surface of the semiconductor wafer 20 or an annealing process of the semiconductor wafer 20. The substrate heat treatment apparatus 300 preferably heats the semiconductor wafer 20 by simultaneously irradiating the VCSEL onto the entire area of the heat treatment region requiring heat treatment. Since the substrate heat treatment apparatus simultaneously heats the entire area of the semiconductor wafer 2, temperature uniformity can be increased and process time can be shortened. In addition, the substrate heat treatment apparatus allows the process time to be adjusted from several msec to several hundreds of seconds in consideration of heating temperature, etc. On the other hand, in the substrate heat treatment apparatus 300, the heating module 320 is located under the substrate support plate 310. It may be positioned to be formed to irradiate a laser on the lower surface of the semiconductor wafer 20.

상기 기판 지지판(310)은 상면에 안착되는 반도체 웨이퍼(20)의 직경보다 큰 폭과 길이를 갖는 판상으로 형성된다. 상기 기판 지지판(310)은 반도체 제조 공정에서 사용되는 일반적인 기판 지지판(310)으로 형성될 수 있다. 상기 웨이퍼 지지판(100)은 상면에 안착되는 반도체 웨이퍼(20)를 고정하기 위한 척킹 수단(미도시)을 구비하여 형성될 수 있다.The substrate support plate 310 is formed in a plate shape having a width and length greater than the diameter of the semiconductor wafer 20 mounted on the upper surface. The substrate support plate 310 may be formed of a general substrate support plate 310 used in a semiconductor manufacturing process. The wafer support plate 100 may be formed with a chucking means (not shown) for fixing the semiconductor wafer 20 mounted on the upper surface.

상기 히팅 모듈(320)은 히팅 프레임(321) 및 레이저 유닛(325)을 포함하여 형성된다. 상기 히팅 모듈(320)은 기판 지지판(310)의 상부에 위치하며, 기판 지지판(310)에 안착되는 반도체 웨이퍼(20)의 상면의 전체 면적에 동시에 레이저를 조사한다. 한편, 상기 히팅 모듈(320)은 기판 지지판(310)의 하부에 위치하며, 기판 지지판(310)의 상면에 안착되는 반도체 웨이퍼(20)의 하면에 레이저를 조사하도록 형성될 수 있다.The heating module 320 is formed by including a heating frame 321 and a laser unit 325. The heating module 320 is located above the substrate support plate 310 and simultaneously irradiates a laser to the entire area of the upper surface of the semiconductor wafer 20 mounted on the substrate support plate 310. Meanwhile, the heating module 320 may be positioned under the substrate support plate 310, and may be formed to irradiate a laser onto the lower surface of the semiconductor wafer 20 seated on the upper surface of the substrate support plate 310.

상기 히팅 모듈(320)은 레이저 유닛(325)과 반도체 웨이퍼(20)의 가열면(상면 또는 하면) 사이의 이격 거리가 50 ~ 400mm가 되도록 반도체 웨이퍼(20)의 상부 또는 하부에 위치한다. 상기 이격 거리는 바람직하게는 100 ~ 300mm일 수 있다. 상기 이격 거리는 레이저 유닛(325)의 배열 간격과 배열 형태에 따라 반도체 웨이퍼(20)가 균일하게 가열될 수 있도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저 유닛(325)의 배열 간격이 좁으면, 이격 거리가 작더라도 온도 균일도에 주는 영향이 작으므로 이격 거리를 작게 할 수 있다. 상기 이격 거리가 작은 경우에 공급되는 전력을 줄이거나 온도 상승률을 증가시킬 수 있다. 그러나, 상기 레이저 유닛(325)의 배열 간격이 넓고 이격 거리가 작으면, 온도 균일도가 감소하게 되므로, 배열 간격이 넓은 경우에 이격 거리를 상대적으로 크게 해야 한다. 상기 이격 거리가 긴 경우에 상대적으로 공급되는 전력을 증가시켜야 한다. 보다 구체적인 예를 들면, 상기 레이저 유닛(325)의 배열 간격이 24mm인 경우에, 레이저 유닛(325)과 반도체 웨이퍼(20)의 이격 거리가 150mm이면 온도 편차가 0.27℃(0.037%)이며, 200mm이면 0.15℃(0.018%)로 평가되었다. 이때, 상기 히팅 모듈(320)의 폭과 길이는 355mm이고, 반도체 웨이퍼(20)의 상면 온도는 800℃이고, 에너지 밀도는 각각 29.1W/㎠와 28.5W/㎠이었으며, 반도체 웨이퍼(20)의 회전 속도는 150rpm이었다. 한편, 다른 조건은 동일한 상태에서 반도체 웨이퍼(20)를 회전시키지 않는 경우에 온도 편차가 각각 2.96℃(0.37%)와 1.02℃(0.13%)로 증가되었다.The heating module 320 is positioned above or below the semiconductor wafer 20 such that a separation distance between the laser unit 325 and the heating surface (upper surface or lower surface) of the semiconductor wafer 20 is 50 to 400 mm. The separation distance may preferably be 100 ~ 300mm. The separation distance may be adjusted so that the semiconductor wafer 20 can be uniformly heated according to the arrangement interval and arrangement shape of the laser unit 325. For example, if the spacing between the laser units 325 is narrow, even if the spacing distance is small, the effect on temperature uniformity is small, so that the spacing distance can be reduced. When the separation distance is small, the power supplied may be reduced or the temperature increase rate may be increased. However, when the arrangement interval of the laser unit 325 is wide and the separation distance is small, the temperature uniformity decreases, and therefore, when the arrangement interval is wide, the separation distance must be relatively large. When the separation distance is long, the power supplied should be relatively increased. For a more specific example, when the arrangement interval of the laser unit 325 is 24 mm, and the separation distance between the laser unit 325 and the semiconductor wafer 20 is 150 mm, the temperature deviation is 0.27°C (0.037%), and 200 mm The back side was evaluated as 0.15°C (0.018%). At this time, the width and length of the heating module 320 was 355mm, the top surface temperature of the semiconductor wafer 20 was 800°C, and the energy density was 29.1W/cm2 and 28.5W/cm2, respectively. The rotation speed was 150 rpm. On the other hand, under other conditions, when the semiconductor wafer 20 was not rotated in the same state, the temperature deviation increased to 2.96°C (0.37%) and 1.02°C (0.13%), respectively.

상기 히팅 모듈(320)은 복수 개의 레이저 유닛(325)이 행 방향과 열 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 히팅 모듈(320)은 반도체 웨이퍼(20)의 면적에 대응되는 면적의 영역에 레이저 유닛(325)이 위치하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 히팅 모듈(320)은 반도체 웨이퍼(20)의 직경에 대응되는 직경을 갖는 원형의 영역에 레이저 유닛(325)이 배치될 수 있다.The heating module 320 is formed by arranging a plurality of laser units 325 in a row direction and a column direction. The heating module 320 may be formed such that the laser unit 325 is positioned in an area corresponding to the area of the semiconductor wafer 20. For example, in the heating module 320, the laser unit 325 may be disposed in a circular area having a diameter corresponding to the diameter of the semiconductor wafer 20.

상기 히팅 프레임(321)은 전체적으로 판상을 이루도록 형성되며, 열처리되는 반도체 웨이퍼(20)의 직경보다 큰 폭과 길이를 갖는 사각 판상 또는 반도체 웨이퍼(20)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원 형상으로 형성될 수 있다. 상기 히팅 프레임(321)은 수용 홈(322)을 포함하여 형성될 수 있다.The heating frame 321 is formed to form a plate shape as a whole, and may be formed in a square plate shape having a width and length larger than the diameter of the heat-treated semiconductor wafer 20 or a circular shape having a diameter larger than the diameter of the semiconductor wafer 20. I can. The heating frame 321 may be formed to include a receiving groove 322.

상기 수용 홈(322)은 히팅 프레임(321)에서 반도체 웨이퍼(20)와 대향하는 면에 개방되어 형성되며, 행 방향과 열 방향으로 배열되어 격자 형상을 이루도록 형성된다. 상기 수용 홈(322)은 레이저 유닛(325)이 수용되는 공간을 제공한다. 상기 수용 홈(322)은 히팅 프레임(321)의 하면의 전체 영역에 형성될 수 있으며, 반도체 웨이퍼(20)의 면적에 대응되는 영역에만 형성될 수 있다.The receiving groove 322 is formed to be open on a surface of the heating frame 321 opposite to the semiconductor wafer 20 and is arranged in a row direction and a column direction to form a lattice shape. The receiving groove 322 provides a space in which the laser unit 325 is accommodated. The receiving groove 322 may be formed in the entire area of the lower surface of the heating frame 321 and may be formed only in an area corresponding to the area of the semiconductor wafer 20.

상기 레이저 유닛(325)은 적어도 1개의 VCSEL 소자(126)를 포함하여 형성된다. 상기 레이저 유닛(325)은 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 VCSEL 소자(126)가 평면상으로 사각 형상을 이루도록 배열되어 형성된다.The laser unit 325 is formed by including at least one VCSEL element 126. The laser unit 325 is preferably formed by arranging a plurality of VCSEL elements 126 to form a square shape in a plane as shown in FIG. 3.

상기 레이저 유닛(325)은 히팅 프레임(321)에 행 방향과 열 방향으로 배열되어 형성된다. 이때, 상기 레이저 유닛(325)은, 도 7에서 보는 바와 같이, 행 방향과 열 방향으로 한 개씩 이격되어 배열될 수 있다. 또한, 상기 레이저 유닛(325)은 행 방향과 열 방향으로 격자 형상으로 배열되고, 도 7에서 보는 바와 같이, 한 개 건너 한 개씩 교대로 작동될 수 있다.The laser unit 325 is formed by being arranged in a row direction and a column direction on the heating frame 321. In this case, the laser units 325 may be arranged to be spaced apart one by one in a row direction and a column direction, as shown in FIG. 7. Further, the laser units 325 are arranged in a lattice shape in a row direction and a column direction, and as shown in FIG. 7, the laser units 325 may be alternately operated one by one.

상기 레이저 유닛(325)은 반도체 웨이퍼(20)의 최고 가열 온도 또는 온도 상승 속도에 따라 다른 개수로 배열될 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저 유닛(325)은 도 8의 (a)에서 보는 바와 같이 격자 형상을 이루는 수용 홈(322)의 전체에 각각 위치하도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 레이저 유닛(325)은, 도 8의 (b)에서 보는 바와 같이 사각 형상으로 이루도록 인접하는 4개의 수용 홈(322)에서 대각선 방향으로 2개만 위치하도록 배열될 수 있다. 상기 레이저 유닛(325)은 도 8의 (b)와 같이 배열되는 경우에 행 방향과 열 방향으로 교대로 배열되는 구조가 된다. 또한, 상기 레이저 유닛(325)은 도 8의 (c)에서 보는 바와 같이 사각 형상을 이루도록 인접하는 4개의 수용 홈(322)에서 어느 하나에만 위치하도록 배열될 수 있다. 이러한 경우에 에너지 밀도는 각각 100W/㎠, 50W/㎠, 25W/㎠가 된다. 상기 레이저 유닛(325)이 도 8의 (a)와 같이 배열되는 경우에 반도체 웨이퍼(20)의 가열 온도 또는 온도 상승률이 상대적으로 높게 되며, 도 8의 (c)와 같이 배열되는 경우에 반도체 웨이퍼(20)의 가열 온도 또는 온도 상승률이 상대적으로 낮게 된다. 한편, 상기 레이저 유닛(325)은 반도체 웨이퍼(20)가 회전하는 상태에서 레이저를 조사하는 경우에 도 8의 (b) 또는 (c)와 같이 배열되더라도 반도체 웨이퍼(20)를 불균일하게 가열하지 않는다.The laser units 325 may be arranged in different numbers according to the maximum heating temperature or the temperature increase rate of the semiconductor wafer 20. For example, the laser unit 325 may be arranged so as to be respectively positioned in the entire receiving groove 322 forming a grid shape as shown in (a) of FIG. 8. In addition, the laser unit 325, as shown in Figure 8 (b), so as to form a square shape may be arranged so that only two are located in the diagonal direction in the adjacent four receiving grooves 322. When the laser units 325 are arranged as shown in FIG. 8B, the laser units 325 have a structure that is alternately arranged in a row direction and a column direction. In addition, the laser unit 325 may be arranged so as to be positioned only in any one of the adjacent four accommodating grooves 322 to form a square shape as shown in (c) of FIG. In this case, the energy density is 100W/cm2, 50W/cm2, and 25W/cm2, respectively. When the laser unit 325 is arranged as shown in (a) of FIG. 8, the heating temperature or rate of temperature increase of the semiconductor wafer 20 is relatively high, and when the laser unit 325 is arranged as shown in (c) of FIG. 8, the semiconductor wafer The heating temperature or the rate of temperature increase in (20) becomes relatively low. On the other hand, the laser unit 325 does not heat the semiconductor wafer 20 unevenly even if it is arranged as shown in (b) or (c) of FIG. 8 when irradiating a laser while the semiconductor wafer 20 is rotating. .

상기 회전 모듈(330)은 기판 지지판(310)의 하부에 결합되며, 기판 지지판(310)을 회전시킨다. 상기 기판 지지판(310)이 회전되는 경우에 기판 지지판(310)의 상면에 안착되어 있는 반도체 웨이퍼(20)는 보다 균일하게 가열된다.The rotation module 330 is coupled to the lower portion of the substrate support plate 310 and rotates the substrate support plate 310. When the substrate support plate 310 is rotated, the semiconductor wafer 20 seated on the upper surface of the substrate support plate 310 is heated more evenly.

상기 회전 모듈(330)은 기존의 반도체 웨이퍼 열처리 장치에서 사용되는 회전 모듈로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 회전 모듈(330)은, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 기판 지지판(310)의 하부에 결합되는 회전축과 회전축을 회전시키는 모터 및 회전축과 모터를 연결시키는 타이밍 벨트 또는 체인을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 회전축에 직접 모터가 연결되어 회전축과 기판 지지판(310)을 회전시키도록 형성될 수 있다. 또한, 기판 지지판(310)이 중공으로 형성되어 히팅 모듈(320)이 하부에 형성될 수 있다.The rotation module 330 may be formed as a rotation module used in a conventional semiconductor wafer heat treatment apparatus. For example, the rotation module 330, although not specifically shown, includes a rotation shaft coupled to the lower portion of the substrate support plate 310 and a motor for rotating the rotation shaft, and a timing belt or chain connecting the rotation shaft and the motor Can be. In addition, a motor may be directly connected to the rotation shaft to rotate the rotation shaft and the substrate support plate 310. In addition, the substrate support plate 310 may be formed hollow so that the heating module 320 may be formed below.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅 모듈의 평가 결과에 대하여 설명한다.Next, an evaluation result of the heating module according to an embodiment of the present invention will be described.

도 9는 도 7의 히팅 모듈에 대하여 시뮬레이션 과정을 통하여 평가한 결과이다. 도 7의 히팅 모듈에 대한 평가에서는 히팅 모듈(320)과 반도체 웨이퍼(20) 사이의 거리를 300mm로 하였다. 또한, 상기 히팅 모듈(320)은 반도체 웨이퍼(20)의 면적에 대응되는 영역에 위치하는 레이저 유닛(325)에 반도체 웨이퍼(20)의 가열 온도에 필요한 전력을 공급하고, 반도체 웨이퍼(20)의 외측 영역에 위치하는 레이저 유닛(325)에 대하여는 외측으로 갈수록 공급되는 전력을 감소시켰다. 도 9의 (a)에서 보는 바와 같이 시뮬레이션 결과를 참조하면, 히팅 모듈(320)은 반도체 웨이퍼(20)에 대응되는 영역의 온도가 가장 높으며, 외측으로 갈수록 온도가 낮아지도록 작동한다. 도 9의 (b)를 보면, 반도체 웨이퍼(20)의 직경에 대응되는 길이에서 온도 분포가 균일하며, 반도체 웨이퍼(20)의 외측으로 갈수록 온도가 급격하게 감소되는 것을 볼 수 있다. 평가 결과에 따르면, 온도가 균일한 영역에서의 온도 편차는 0.746%로 평가되었다.9 is a result of evaluation of the heating module of FIG. 7 through a simulation process. In the evaluation of the heating module of FIG. 7, the distance between the heating module 320 and the semiconductor wafer 20 was set to 300 mm. In addition, the heating module 320 supplies power required for the heating temperature of the semiconductor wafer 20 to the laser unit 325 located in the area corresponding to the area of the semiconductor wafer 20, and For the laser unit 325 located in the outer region, the power supplied to the outside is reduced. Referring to the simulation result as shown in (a) of FIG. 9, the heating module 320 operates so that the temperature of the region corresponding to the semiconductor wafer 20 is highest and the temperature decreases toward the outside. Referring to (b) of FIG. 9, it can be seen that the temperature distribution is uniform in the length corresponding to the diameter of the semiconductor wafer 20, and the temperature decreases sharply toward the outside of the semiconductor wafer 20. According to the evaluation results, the temperature deviation in the region where the temperature is uniform was evaluated as 0.746%.

또한, 상기 반도체 웨이퍼(20)의 표면 온도는 800℃이고, 온도 상승률은 75℃/sec이고, 인가되는 전력이 26.9kW이고, 최대 에너지 밀도가 29.1W/㎠이며, 반도체 웨이퍼(20)와의 거리가 150mm인 경우에 온도 균일도가 0.3℃이하로 평가되었다. 이때, 상기 반도체 웨이퍼(20)는 150rpm으로 회전시켰다.In addition, the surface temperature of the semiconductor wafer 20 is 800°C, the temperature rise rate is 75°C/sec, the applied power is 26.9kW, the maximum energy density is 29.1W/cm2, and the distance to the semiconductor wafer 20 When is 150mm, the temperature uniformity was evaluated to be 0.3°C or less. At this time, the semiconductor wafer 20 was rotated at 150 rpm.

다음은 히팅 모듈에 인가되는 전력에 따른 온도 상승률에 대한 평가 결과이다.The following is an evaluation result of the rate of temperature increase according to the power applied to the heating module.

도 10을 참조하면, 상기 히팅 모듈(320)의 에너지 밀도가 높을수록 온도 상승률과 반도체 웨이퍼(20)의 표면 최고 온도가 증가되는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 히팅 모듈(320)의 에너지 밀도가 높을수록 반도체 웨이퍼(20)의 표면 최고 온도에 도달하는 시간이 감소되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that as the energy density of the heating module 320 increases, the temperature increase rate and the maximum surface temperature of the semiconductor wafer 20 increase. In addition, it can be seen that as the energy density of the heating module 320 increases, the time to reach the maximum surface temperature of the semiconductor wafer 20 decreases.

본 명세서에 개시된 실시예는 여러 가지 실시 가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함 물론, 균등한 다른 실시예의 구현이 가능하다.The embodiments disclosed in the present specification are merely presented by selecting the most preferred embodiments to aid the understanding of those skilled in the art from among various possible examples, and the technical idea of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment, Various changes, additions, and changes can be made within the scope of the technical spirit of the present invention. Of course, other equivalent embodiments can be implemented.

10: 평판 기판 20: 반도체 웨이퍼
100, 300: 기판 열처리 장치
110, 310: 기판 지지판 120, 220, 320: 히팅 모듈
121, 221,321: 히팅 프레임 125, 225, 325: 레이저 유닛
330: 회전 모듈10: flat substrate 20: semiconductor wafer
100, 300: substrate heat treatment apparatus
110, 310: substrate support plate 120, 220, 320: heating module
121, 221,321: heating frame 125, 225, 325: laser unit
330: rotation module

Claims (12)

평판 기판이 안착되는 기판 지지판 및
상기 평판 기판의 소정 면적에 VCSEL을 동시에 조사하여 열처리 공정을 진행하는 히팅 모듈을 포함하며,
상기 히팅 모듈은 히팅 프레임과 레이저 유닛을 포함하며,
상기 히팅 프레임은 상기 평판 기판과 대향하는 면에 격자 형상으로 배열되는 복수 개의 수용 홈을 구비하며,
상기 레이저 유닛은 각각의 상기 수용 홈에 분리 가능하게 결합되며,
상기 레이저 유닛은 상기 수용 홈에 모두 결합되거나, 사각 형상을 이루도록 인접하는 4개의 상기 수용 홈에서 대각선 방향으로 2개에만 결합되거나, 사각 형상을 이루도록 인접하는 4개의 상기 수용 홈에서 어느 하나에만 결합되며,
상기 히팅 프레임은 내부에 상기 레이저 유닛을 냉각하는 냉각수가 흐르는 냉각 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.A substrate support plate on which a flat substrate is mounted, and
And a heating module for performing a heat treatment process by simultaneously irradiating a VCSEL on a predetermined area of the flat substrate,
The heating module includes a heating frame and a laser unit,
The heating frame includes a plurality of receiving grooves arranged in a grid shape on a surface opposite to the flat substrate,
The laser unit is detachably coupled to each of the receiving grooves,
The laser unit is all coupled to the receiving groove, or is coupled to only two of the four adjacent receiving grooves to form a square shape in a diagonal direction, or only one of the four adjacent receiving grooves to form a square shape, and ,
The heating frame is a substrate heat treatment apparatus, characterized in that the cooling passage is formed inside the cooling water for cooling the laser unit. 제 1 항에 있어서,
상기 평판 기판은 소스 영역과 드레인 영역을 포함하는 박막 트랜지스터가 형성되는 유리 기판 또는 플렉서블 기판 또는 비정질 실리콘 박막이 형성되는 유리 기판 또는 플렉서블 기판인 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.The method of claim 1,
The flat substrate is a substrate heat treatment apparatus, wherein the flat substrate is a glass substrate on which a thin film transistor including a source region and a drain region is formed, a flexible substrate, or a glass substrate or a flexible substrate on which an amorphous silicon thin film is formed. 제 1 항에 있어서,
상기 히팅 프레임은 상기 평판 기판의 폭 및 길이보다 큰 폭과 길이를 가지며,
상기 레이저 유닛은 상기 평판 기판의 폭 및 길이보다 큰 폭과 길이를 갖는 영역에 행 방향과 열 방향으로 배열되어 VCSEL을 발진하며,
상기 히팅 모듈은 상기 평판 기판에서 열처리를 필요로 하는 영역의 전체 면적에 동시에 VCSEL을 조사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.The method of claim 1,
The heating frame has a width and length greater than that of the flat substrate,
The laser unit is arranged in a row direction and a column direction in a region having a width and length greater than the width and length of the flat substrate to oscillate the VCSEL,
Wherein the heating module is formed to simultaneously irradiate the VCSEL to the entire area of the region requiring heat treatment on the flat substrate. 제 1 항에 있어서,
상기 히팅 프레임은 길이 방향으로 연장되며, 상기 평판 기판의 폭보다 큰 길이를 가지며,
상기 레이저 유닛은 상기 히팅 프레임에 상기 평판 기판의 폭보다 큰 길이로 배열되어 VCSEL을 발진하며,
상기 히팅 모듈은 상기 평판 기판의 전체 폭 및 소정 길이의 영역에 동시에 VCSEL을 조사하며 상기 평판 기판의 길이 방향으로 스캔하면서 VCSEL을 조사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.The method of claim 1,
The heating frame extends in the longitudinal direction and has a length greater than the width of the flat substrate,
The laser unit is arranged in a length greater than the width of the flat substrate in the heating frame to oscillate the VCSEL,
And the heating module is formed to simultaneously irradiate the VCSEL to the entire width and a predetermined length of the flat substrate and to irradiate the VCSEL while scanning in the longitudinal direction of the flat substrate. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 평판 기판은 반도체 웨이퍼로 형성되며,
상기 기판 지지판의 하부에 결합되어 상기 기판 지지판을 회전시키는 회전 모듈을 더 포함하며,
상기 히팅 프레임은 상기 반도체 웨이퍼의 직경보다 큰 폭과 길이를 가지며,
상기 레이저 유닛은 상기 히팅 프레임에 행 방향과 열 방향으로 배열되어 VCSEL을 발진하며,
상기 히팅 모듈은 상기 반도체 웨이퍼의 전체 면적에 동시에 VCSEL을 조사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.The method of claim 1,
The flat substrate is formed of a semiconductor wafer,
Further comprising a rotation module coupled to the lower portion of the substrate support plate to rotate the substrate support plate,
The heating frame has a width and length greater than the diameter of the semiconductor wafer,
The laser unit is arranged in a row direction and a column direction in the heating frame to oscillate the VCSEL,
The heating module is a substrate heat treatment apparatus, characterized in that formed to simultaneously irradiate the VCSEL to the entire area of the semiconductor wafer. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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