KR20190104726A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20190104726A
KR20190104726A KR1020180025192A KR20180025192A KR20190104726A KR 20190104726 A KR20190104726 A KR 20190104726A KR 1020180025192 A KR1020180025192 A KR 1020180025192A KR 20180025192 A KR20180025192 A KR 20180025192A KR 20190104726 A KR20190104726 A KR 20190104726A
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 가열 처리하기 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에서 기판을 안착시키기 위한 스테이지; 상기 스테이지의 상부 및 하부 중 적어도 일측에 배치되어 상기 기판에 광을 조사하기 위한 열원 유닛; 및 상기 스테이지와 열원 유닛 사이에 배치되어, 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광의 집광률을 조절하기 위한 광 조절부;를 포함하고, 상기 광 조절부는 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광이 상기 기판의 영역별로 서로 다른 집광률을 가지도록 조절한다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 가열 처리하기 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
에피택셜(Epitaxial) 성장은 기판 상에 기판과 같은 결정 구조의 박막을 성장시키는 공정이다. 또한, 반도체 기판의 소정 영역에 산화막, 질화막 등의 절연막을 형성하여 반도체 기판의 소정 영역을 노출시키고, 노출된 반도체 기판 상에만 그와 결정 구조가 같은 동종 또는 이종의 반도체막을 성장시키는 공정을 선택적 에피택셜 성장(SEG: Selctive Epitaxial Growth)이라고 한다. 선택적 에피택셜 성장을 이용하면 기존의 평판 기술로는 제작이 어려운 3차원 구조를 갖는 반도체 소자의 제작이 용이한 장점이 있다.
선택적 에피택셜 성장 방법의 하나로서 초고진공 화학 기상 증착(UHV CVD: Ultra High Vacuum Chemical Vapor Depostion) 방법이 관심을 끌고 있다. 초고진공 화학 기상 증착은 화학 기상 증착을 이용한 증착 공정에서 금속 재질로 제작되는 챔버의 금속 물질에 의해 기판이 노출되는 것을 방지하기 위해 챔버 본체의 내벽에 석영(quartz) 재질의 물질을 설치하고, 챔버 본체의 상부와 하부에 석영으로 상부 챔버와 하부 챔버를 제작하여 이용한다. 또한, 하부 챔버의 외측에는 다수의 열원을 마련함으로써 챔버 내의 온도를 공정 온도로 유지하고 있다.
그러나, 이러한 초고진공 화학 기상 증착을 이용한 증착 공정에서 기판의 표면적이 증가함에 따라서 기판의 온도 분포 균일도를 유지하는 것은 매우 어렵다. 즉, 기판의 온도 편차는 챔버의 외측에 배치된 다수의 열원 간의 위치 관계뿐만 아니라 기판 자체의 영역 차이에서도 발생하며, 이로부터 발생되는 온도 분포의 불균형을 해소하기 위하여 열원의 위치나 구조를 모두 고려하여 변경하기에는 복잡한 설계를 필요로 하며, 이로 인하여 생산성 및 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
KR 10-2010-0009918 A
본 발명은 균일한 온도 분포를 가지도록 기판을 가열 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에서 기판을 안착시키기 위한 스테이지; 상기 스테이지의 상부 및 하부 중 적어도 일측에 배치되어 상기 기판에 광을 조사하기 위한 열원 유닛; 및 상기 스테이지와 열원 유닛 사이에 배치되어, 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광의 집광률을 조절하기 위한 광 조절부;를 포함하고, 상기 광 조절부는 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광이 상기 기판의 영역별로 서로 다른 집광률을 가지도록 조절한다.
상기 광 조절부는 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광이 상기 기판의 중심부보다 가장자리부에서 상대적으로 큰 집광률을 가지도록 조절할 수 있다.
상기 광 조절부는, 상기 스테이지와 열원 유닛 사이에 배치되는 광 투과 판; 및 상기 광 투과 판에 형성되는 집광 렌즈군;을 포함할 수 있다.
상기 광 투과 판 및 집광 렌즈군은 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다.
상기 집광 렌즈군은, 상기 기판의 중심부에 중첩되는 상기 광 투과 판의 제1 영역에 형성되는 제1 렌즈부; 및 상기 기판의 가장자리부에 중첩되는 상기 광 투과 판의 제2 영역에 형성되는 제2 렌즈부;를 포함하고, 상기 제1 렌즈부는 상기 제2 렌즈부보다 긴 초점 거리를 가질 수 있다.
상기 광 투과 판의 제1 영역 및 제2 영역은 각각 상기 기판의 중심부 및 가장자리부보다 큰 면적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 렌즈부는, 상기 광 투과 판의 제2 영역을 따라 배열되는 복수 개의 볼록 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈부는, 상기 광 투과 판의 제2 영역을 따라 연장되는 링형 볼록 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈부는 상기 열원 유닛에 대향하는 상기 광 투과 판의 일면에 형성되고, 상기 제2 렌즈부는 상기 열원 유닛 및 스테이지에 각각 대향하는 상기 광 투과 판의 일면 및 타면에 각각 형성될 수 있다.
상기 제2 렌즈부는 상기 광 투과 판의 일면 및 타면에서 서로 다른 곡률 반경을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 기판의 중심부는 상기 기판의 중심으로부터의 거리가 상기 기판 반경의 40% 내지 50%의 범위 중에서 선택된 거리 이하인 영역을 포함하고, 상기 기판의 가장자리부는 상기 기판의 외주로부터의 거리가 상기 기판 반경의 20% 내지 30%의 범위 중에서 선택된 거리 이하인 영역을 포함할 수 있다.
상기 열원 유닛은 상기 기판의 중심부에 중첩되는 영역과 상기 기판의 가장자리부에 중첩되는 영역의 사이를 따라 원형으로 배열될 수 있다.
상기 열원 유닛은 상기 챔버의 하부 외측에 배치되고, 상기 광 조절부는 상기 챔버의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
상기 광 조절부는 상기 반응 공간의 적어도 일부의 측면 및 저면을 밀폐할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 열원 유닛으로부터 조사되는 광을 기판의 중심부와 가장자리부에서 서로 다른 집광률을 가지도록 집광하여, 열원 유닛의 위치뿐만 아니라 기판 자체의 영역별로 발생하는 온도 분포의 불균형을 해소하고, 균일한 온도 분포를 가지도록 기판을 가열할 수 있다.
또한, 스테이지와 열원 유닛 사이에서 광학적 구조를 가지는 광 조절부에 의하여 열원 유닛으로부터 조사되는 광을 제어함으로써, 기설계된 열원 유닛의 위치나 구조를 변경함이 없이 효율적으로 기판의 온도 분포를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 기판의 영역에 따른 온도 분포 상태를 나타내는 도면.
도 3은 집광 렌즈의 초점 거리에 따른 집광률의 차이를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 렌즈부가 형성되는 모습을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 제2 렌즈부가 형성되는 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간을 제공하는 챔버(100); 상기 챔버(100)에서 기판(S)을 안착시키기 위한 스테이지(200); 상기 스테이지(200)의 상부 및 하부 중 적어도 일측에 배치되어 상기 기판(S)에 광을 조사하기 위한 열원 유닛(300); 및 상기 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에 배치되어, 상기 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광의 집광률을 조절하기 위한 광 조절부(400);를 포함하고, 상기 광 조절부(400)는 상기 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광이 상기 기판(S)의 영역별로 서로 다른 집광률을 가지도록 조절한다.
본 발명의 실시 예에서 광 조절부(400)는 기판(S)을 안착시키기 위한 스테이지(200)와 기판(S)에 광을 조사하기 열원 유닛(300) 사이에 배치된다. 즉, 광 조절부(400)는 열원 유닛(300)이 챔버(100) 내에서 스테이지(200)의 상부에 배치되는 경우 챔버(100)내의 열원 유닛(300)과 스테이지(200) 사이에서 배치되어 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 조절할 수 있으며, 열원 유닛(300)이 챔버(100) 내에서 스테이지(200)의 하부에 배치되는 경우 챔버(100)내의 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에서 배치되어 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 조절할 수 있다. 또한, 광 조절부(400)는 열원 유닛(300)이 챔버(100) 밖에서 스테이지(200)의 상부에 배치되는 경우 열원 유닛(300)과 스테이지(200) 사이에서 챔버(100)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 반응 공간의 상부를 차폐하는 챔버(100)의 천장면을 형성하도록 배치될 수 있다. 뿐만 아니라, 광 조절부(400)는 열원 유닛(300)이 챔버(100) 밖에서 스테이지(200)의 하부에 배치되는 경우 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에서 챔버(100)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 반응 공간의 하부를 차폐하는 챔버(100)의 바닥면을 형성하도록 배치될 수 있다.
이하에서는, 초고진공 화학 기상 증착(UHV CVD: Ultra High Vacuum Chemical Vapor Depostion) 방법을 이용한 기판 처리 장치에서 열원 유닛(300)이 챔버(100)의 하부 외측에 배치되어 광 조절부(400)가 챔버(100)의 바닥면을 형성하는 구성을 일예로 들어 설명한다. 이와 같이, 광 조절부(400)가 챔버(100)의 바닥면을 형성하는 경우, 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에 별도의 부재를 삽입할 필요가 없어 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이의 거리를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 열원 유닛(300)에 렌즈를 설치하는 경우 열원 유닛에 렌즈를 고정하기 위한 별도의 설치 구조가 적용될 필요가 있으며, 이에 따라 열원 유닛의 배치 구조 등을 변경할 필요가 있어 복잡한 설계와 비용 등 다수의 고려 사항이 발생하게 된다. 즉, 본 발명의 실시 예에서와 같이 광 조절부(400)가 챔버(100)의 바닥면을 형성하게 되면, 챔버(100)의 바닥면으로부터 집광률을 조절할 수 있게 되어 간소화된 장비로 효과적인 온도 균일도를 조절할 수 있게 된다.
챔버(100)는 반응 공간을 형성하며, 일체로 형성되거나 상부 챔버(160) 및 하부 챔버(140)를 구비할 수 있다.
상부 챔버(160)는 하부가 개방된 원통 형상으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다각형의 통 형상으로 제작될 수도 있다. 상부 챔버(160)는 일부 또는 전부가 알루미늄 또는 스테인레스강과 같은 금속성 재질로 구성되거나, 전부가 광 투과성의 재질로 구성될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상부 챔버챔버 (160)의 일부에는 기판(S)이 출입하는 기판 출입구와, 반응 공간에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 장치 등이 설치될 수 있다.
상부 챔버(160)는 하부 챔버(140)를 상부에서 덮는 역할을 한다. 상부 챔버(160)는 하부 영역이 하부 챔버(140)의 상부 영역에 부착되어 반응 공간의 상부를 밀폐시킨다. 이때, 상부 챔버(160)는 탈착 가능하게 하부 챔버(140)에 부착될 수 있다.
하부 챔버(140)는 상부 영역이 상부 챔버(160)의 하부 영역에 부착되어 반응 공간의 하부를 밀폐시킨다. 하부 챔버(140)는 광 투과성의 재질로 제작될 수 있으며, 이를 통해 하부 챔버(140)는 챔버(100)의 하부 외측에 위치한 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 챔버(100) 내부의 반응 공간으로 투과시킬 수 있다. 이와 같은 하부 챔버(140)는 석영으로 제작될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 다르게 돔 형상을 갖는 것으로 형성할 수도 있음은 물론이다.
챔버(100)의 내측, 즉 반응 공간에는 챔버(100)의 내측에서 기판(S)을 안착시키기 위한 스테이지(200)가 마련된다. 이러한 스테이지(200)는 챔버(100)의 측벽으로부터 반응 공간을 향하여 가장자리를 따라 연장 형성되는 지지대(220)에 의하여 지지될 수 있다.
스테이지(200)는 대략 기판(S)과 동일한 판 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 스테이지(200)는 열 전도성이 우수한 물질로 제작될 수 있다. 스테이지(200) 상에는 기판 안치 영역이 마련되고, 이를 통해 스테이지(200) 상에 기판(S)이 안치될 수 있다.
열원 유닛(300)은 스테이지(200)의 상부 또는 하부에 배치되어 상기 기판(S)에 광을 조사한다. 본 발명의 실시 예에서는 스테이지(200)의 하부, 보다 상세하게는 챔버(100)의 하부 외측에 열원 유닛(300)이 배치된다. 열원 유닛(300)은 복사 열을 방출하는 할로겐 등과 같은 램프를 이용할 수 있으며, 적어도 하나의 램프로 구성될 수 있다. 이러한 열원 유닛(300)은 기판(S)과 상하 방향으로 중첩하는 영역의 내측에서 복수 개의 램프가 원형으로 배열되어 마련될 수 있으며, 하나의 램프가 링형으로 연장되어 마련될 수 있다.
광 조절부(400)는 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에 배치되어, 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 조절한다. 본 발명의 실시 예에서는 챔버(100)의 하부 외측에 열원 유닛(300)이 배치되고, 광 조절부(400)가 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에서 챔버(100)의 적어도 일부, 예를 들어 바닥면을 형성한다. 또한, 광 조절부는 상기 반응 공간의 적어도 일부의 측면 및 저면을 밀폐하여 하부 챔버(140)를 형성할 수 있다. 따라서, 광 조절부(400)는 하부 챔버(140)와 동일하게 석영 등의 광 투과성의 재질로 제작될 수 있으며, 하부 챔버(140)의 형상에 따라 전체적으로 돔 형상을 갖는 것으로 형성할 수도 있음은 물론이다.
이와 같은, 광 조절부(400)는 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광이 기판(S)의 영역별로 서로 다른 집광률을 가지도록 조절한다. 이하에서, 광 조절부(400)가 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 서로 다른 집광률을 가지도록 조절하는 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 기판의 영역에 따른 온도 분포 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 집광 렌즈의 초점 거리에 따른 집광률의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 일점 쇄선으로 도시된 부분은 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부(400)를 포함하지 않는 경우에 열원 유닛(300)으로부터 가열된 기판(S)의 영역별 온도 분포 상태를 나타내며, 도 2에서 실선으로 도시된 부분은 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부(400)를 포함하는 경우에 열원 유닛(300)으로부터 가열된 기판(S)의 영역별 온도 분포 상태를 나타낸다.
도 2에서 일점 쇄선으로 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부(400)를 포함하지 않는 경우, 기판(S)에 대한 열원 유닛(300)의 상부 영역은 열원 유닛(300)과의 간격이 좁고, 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광이 기판(S)의 표면에 수직하게 조사되어 높은 온도를 나타낸다. 반면, 원형으로 배치되는 열원 유닛(300)에 대하여 열원 유닛(300)의 내측 영역 상에 위치하는 기판(S)의 중심부(C)는 열원 유닛(300)으로부터 거리가 멀어지게 되어 상대적으로 낮은 온도를 나타내며, 열원 유닛(300)의 외측 영역 상에 위치하는 기판(S)의 가장자리부(E) 또한, 상대적으로 낮은 온도를 나타내게 된다.
뿐만 아니라, 기판(S)의 온도 분포의 불균형은 기판(S) 자체의 영역 차이에서도 발생한다. 만약, 기판(S) 자체의 영역 차이에 의하여 발생하는 온도 분포의 불균형이 없다면, 기판(S)의 온도는 기판(S)의 중심부(C)와 가장자리부(E)에서 거리에 따라 동일하게 감소하게 될 것이다. 그러나, 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이 기판(S)의 가장자리부(E)에서는 보다 큰 온도 저하가 발생한다. 이는, 기판(S)의 가장자리 열 손실(edge heat loss)에 따른 것으로, 챔버(100) 내의 배치 상태 및 표면 노출에 의하여 기판(S)에 대하여 중심부(C)로부터 가장자리부(E)로 갈수록 낮은 온도 분포를 보이는 것에 기인한다.
이와 같이, 원형으로 배치되는 열원 유닛(300)에 대하여 열원 유닛(300)의 내측 영역 상에 위치하여 기판(S)의 가장자리부(E)보다 상대적으로 낮은 온도를 나타내는 기판(S)의 중심부(C)는 기판(S)의 중심으로부터의 거리가 상기 기판 반경의 40% 내지 50%의 범위 중에서 선택된 거리 이하인 영역에 형성되고, 기판(S)의 중심부(C)보다 상대적으로 높은 온도를 나타내는 기판(S)의 가장자리부(E)는 기판(S)의 외주로부터의 거리가 상기 기판 반경의 제% 내지 30%의 범위 중에서 선택된 거리 이하인 영역에 형성된다.
예를 들어, 기판(S)이 150mm의 반경을 가지는 경우, 기판(S)의 중심부(C)는 기판(S)의 중심으로부터 거리가 약 70mm 이하인 영역에 형성되고, 기판(S) 가장자리부(E)는 기판(S)의 외주로부터 거리가 약 30mm 이하인 영역에 형성될 수 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 열원 유닛(300)의 배치 상태 뿐만 아니라, 기판(S)의 가장자리 열 손실에 따른 기판(S) 자체의 영역 차이에 의하여 발생하는 온도 분포의 불균형까지 고려하여 기판(S)이 균일한 온도 분포를 가지도록, 광 조절부(400)에 의하여 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광이 기판(S)의 중심부(C)와 가장자리부(E)에서 서로 다른 집광률을 가지도록 조절한다.
이를 보다 상세히 설명하면, 도 3(a)는 작은 곡률 반경을 가져 초점 거리가 상대적으로 짧은 집광 렌즈를 사용하는 경우 기판(S)의 가열 면적을 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 큰 곡률 반경을 가져 초점 거리가 상대적으로 긴 집광 렌즈를 사용하는 경우 기판(S)의 가열 면적을 나타내는 도면이다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 집광 렌즈로 상대적으로 짧은 초점 거리(F1)를가지는 볼록 렌즈(L1)를 사용하는 경우, 일정 면적을 가지는 볼록 렌즈(L1)을 통해 기판(S)에 조사되는 광은 기판(S)에 대하여 상대적으로 좁은 면적에 높은 집광률로 조사된다. 따라서, 상대적으로 좁은 면적에 높은 집광률로 조사된 광에 의하여 해당 영역은 부분적으로 높은 에너지 밀도를 가지게 되어 높은 온도로 가열될 수 있다.
반면, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 집광 렌즈로 상대적으로 긴 초점 거리(F2)를 가지는 볼록 렌즈(L2)를 사용하는 경우, 일정 면적을 가지는 볼록 렌즈(L2)을 통해 기판(S)에 조사되는 광은 기판(S)에 대하여 상대적으로 넓은 면적에 낮은 집광률로 조사된다. 따라서, 상대적으로 넓은 면적에 낮은 집광률로 조사된 광에 의하여 해당 영역은 부분적으로 낮은 에너지 밀도를 가지게 되어 낮은 온도로 가열될 수 있다.
이와 같이, 집광 렌즈의 초점 거리를 조절하여 기판(S)에 대하여 중심부(C)를 상대적으로 낮은 집광률을 가지도록 광을 조사하고, 가장자리부(E)를 상대적으로 높은 집광률을 가지도록 광을 조사하는 경우, 기판(S)의 가장자리부(E)를 중심부(C)에 비하여 상대적으로 높은 온도로 가열하고, 기판(S)의 중심부(C)를 가장자리부(E)에 비하여 상대적으로 낮은 온도로 가열할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부(400)의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 렌즈부가 형성되는 모습을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 제2 렌즈부가 형성되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부(400)는 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광이 기판(S)의 중심부(C)보다 가장자리부(E)에서 상대적으로 큰 집광률을 가지도록 조절할 수 있다. 즉, 광 조절부(400)는 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에 배치되는 광 투과 판(420); 및 상기 광 투과 판(420)에 형성되는 집광 렌즈군;을 포함한다.
여기서, 광 투과 판(420) 및 집광 렌즈군은 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 광 투과 판(420) 및 집광 렌즈군은 광 투과성 물질, 예를 들어 석영을 재질로 하여 일체로 형성될 수도 있으나, 챔버(100)의 크기 및 제작의 용이성 등을 고려하여 판형의 형상을 가지는 광 투과 판(420)에 집광 렌즈군이 부착되는 것으로 광 조절부(400)가 형성될 수 있다. 이때, 광 투과 판(420)과 집광 렌즈군 사이의 경계에서 굴절률이 변화하는 것을 방지하기 위하여 광 투과 판(420)과 집광 렌즈군은 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성함이 바람직하다.
집광 렌즈군은, 기판(S)의 중심부(C)에 대응하는 위치, 즉 상하 방향으로 기판(S)의 중심부(C)에 중첩되는 광 투과 판(420)의 제1 영역에 형성되는 제1 렌즈부; 및 기판(S)의 가장자리부(E)에 대응하는 위치, 즉 상하 방향으로 기판(S)의 가장자리부(E)에 중첩되는 광 투과 판(420)의 제2 영역에 형성되는 제2 렌즈부를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판(S)이 150mm의 반경(R)을 가지는 경우, 기판(S)의 중심부(C)는 기판(S)의 중심으로부터 거리(d1)가 약 70mm 이하인 영역에 형성되고, 기판(S) 가장자리부(E)는 기판(S)의 외주로부터 거리(d2)가 약 30mm 이하인 영역에 형성될 수 있다. 이에, 광 투과 판(420)의 제1 영역은 기판(S)의 중심축과 교차하는 광 투과 판(420)의 중심으로부터 일정 거리(D1) 이하인 영역에 형성될 수 있으며, 광 투과 판(420)의 제2 영역은 제1 영역으로부터 외측으로 소정 간격 이격되어 기판(S)의 가장자리부(E)와 중첩되는 영역에서 내주와 외주 사이의 일정 폭(D2)을 가지는 환형의 영역에 형성될 수 있다.
이때, 광 투과 판(420)의 제1 영역은 기판(S)의 중심부(C)의 면적보다 큰 면적을 가지도록 형성될 수 있고, 광 투과 판(420)의 제2 영역은 기판(S)의 가장자리부(E)의 면적보다 큰 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이 경우, d1<D1 및 d2<D2의 관계가 성립하고, 이에 따라 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광은 상대적으로 넓은 면적을 가지는 광 투과 판(420)의 제1 영역 및 제2 영역으로부터 각각 기판(S)의 중심부(C) 및 가장자리부(E)로 집광되게 된다.
제1 렌즈부는 광 투과 판(420)의 제1 영역에 형성될 수 있다. 또한, 제1 영역은 기판(S)의 중심부(C)보다 큰 면적으로 형성될 수 있으므로, 제1 렌즈부는 기판의 중심부(C)에 중첩되는 영역보다 넓은 면적에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 제1 렌즈부는 열원 유닛(300)에 대향하는 광 투과 판(420)의 일면에 형성될 수 있다. 즉, 제1 렌즈부는 광 투과 판(420)의 하면에 열원 유닛(300)을 향하여 돌출되는 제1 볼록 렌즈(460)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 광 투과 판(420)의 하면으로부터 돌출되는 제1 볼록 렌즈(460)에 의하여 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광은 광 투과 판(420)의 상부에 위치한 기판(S)을 향하여 집광되어 조사된다.
제2 렌즈부는 광 투과 판(420)의 제2 영역에 형성될 수 있다. 또한, 제2 영역은 기판(S)의 가장자리부(E)보다 큰 면적으로 형성될 수 있으므로, 제2 렌즈부는 기판의 가장자리부(E)에 중첩되는 영역보다 넓은 면적에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 제2 렌즈부는 열원 유닛(300) 및 스테이지(200)에 각각 대향하는 광 투과 판(420)의 일면 및 타면에 각각 형성될 수 있다. 물론 제2 렌즈부를 열원 유닛(300)에 대향하는 광 투과 판(420)의 일면에만 형성할 수도 있으나, 이 경우 제2 렌즈부는 제1 렌즈부보다 작은 곡률 반경을 가지므로, 가판의 가장자리부(E)의 하부 영역보다 넓은 면적에 걸쳐 제2 렌즈부를 형성함에 있어서, 제2 렌즈부가 광 투과 판(420)의 하부로 지나치게 돌출되어 열원 유닛(300)과의 간격을 유지할 수 없는 문제가 생긴다. 따라서, 제2 렌즈부는 열원 유닛(300) 및 스테이지(200)에 각각 대향하는 광 투과 판(420)의 일면 및 타면에 각각 형성될 수 있다.
여기서, 제2 렌즈부는 광 투과 판(420)의 일면, 예를 들어 하면에 열원 유닛(300)을 향하여 돌출되는 제2 하부 볼록 렌즈(444) 및 광 투과 판(420)의 타면, 예를 들어 상면에 스테이지(200)를 향하여 돌출되는 제2 상부 볼록 렌즈(442)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 하부 볼록 렌즈(444)와 제2 상부 볼록 렌즈(442)는 서로 다른 곡률 반경을 가지도록 형성하여 제2 렌즈부의 전체적인 초점 거리를 조절할 수 있다.
이와 같은 제2 렌즈부는, 본 발명의 일 실시 예에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 기판(S)의 가장자리부(E)에 대응하는 영역을 따라 복수 개의 볼록 렌즈를 배열하여 형성할 수 있다. 여기서, 도 5(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부를 상부에서 바라본 모습을 나타내는 도면이고, 도 5(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 광 조절부를 하부에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 5에 본 발명의 일 실시 예에 따라 도시된 바와 같이, 제2 렌즈부는 제2 상부 볼록 렌즈(442A) 및 제2 하부 볼록 렌즈(444A)가 각각 광 투과 판(420)의 제2 영역을 따라 복수 개로 배열되어 형성될 수 있다. 여기서, 제2 상부 볼록 렌즈(442A) 및 제2 하부 볼록 렌즈(444B)는 광 투과 판(420)의 제2 영역 대략 전체에 걸쳐서 형성될 수 있다. 이와 같이, 제2 렌즈부를 복수 개의 제2 상부 볼록 렌즈(442A) 및 제2 하부 볼록 렌즈(444B)를 배열하여 형성하는 경우 소정의 굴절률을 가지는 각 렌즈를 광 투과 판(420)에 부착함으로써 용이하게 광 조절부(400)를 형성할 수 있다.
또한, 도 6에 본 발명의 다른 실시 예에 따라 도시된 바와 같이, 제2 렌즈부는 제2 상부 볼록 렌즈(442B) 및 제2 하부 볼록 렌즈(444B)가 각각 광 투과 판(420)의 제2 영역을 따라 연장되는 링형 볼록 렌즈로 형성될 수 있다. 여기서, 여기서, 링형 볼록 렌즈는 연장되는 방향과 교차하는 방향의 단면이 볼록 렌즈의 형상을 가지며, 광 투과 판(420)의 제2 영역을 따라 일체로 연장되어 형성된다. 이와 같이, 제2 렌즈부를 링형 볼록 렌즈로 형성하는 경우 광 투과 판(420)의 제2 영역을 따라 균일하게 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 집광할 수 있게 된다. 도시되지는 않았으나, 제2 상부 볼록 렌즈를 복수 개로 배열되도록 형성하고, 제2 하부 볼록 렌즈를 링형 볼록 렌즈로 형성하거나, 이와 반대로 구성하는 것도 가능함은 물론이다.
여기서, 제1 렌즈부는 제2 렌즈부보다 긴 초점 거리를 가지도록 형성된다. 즉, 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광은 상대적으로 긴 초점 거리를 가지는 제1 렌즈부에 의하여 상대적으로 낮은 집광률로 집광되고, 이에 의하여 기판(S)의 중심부(C)는 낮은 온도로 가열된다. 또한, 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광은 상대적으로 짧은 초점 거리를 가지는 제2 렌즈부에 의하여 상대적으로 높은 집광률로 집광되고, 이에 의하여 기판(S)의 가장자리부(E)는 높은 온도로 가열될 수 있다.
한편, 기판(S)의 중심부(C)는 전술한 바와 같이 열원 유닛(300)의 내측 영역 상에 위치한다. 또한, 기판(S)의 가장자리부(E)는 열원 유닛(300)의 외측 영역 상에 위치한다. 따라서, 열원 유닛(300)은 상하 방향으로 기판(S)의 중심부(C)에 중첩되는 영역과 가장자리부(E)에 중첩되는 영역의 사이를 따라 원형으로 배열되는 구조를 가지며, 열원 유닛(300)으로부터 기판(S)에 직접 조사되는 광은 그 일부가 제1 렌즈부 또는 제2 렌즈부로 집광되어 기판(S)에 대한 열원 유닛(300)의 상부 영역의 온도는 낮아지게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 기판(S)의 중심부(C)와 가장자리부(E)에서 서로 다른 집광률을 가지도록 집광하여, 열원 유닛(300)의 위치뿐만 아니라 기판(S) 자체의 영역별로 발생하는 온도 분포의 불균형을 해소하고, 균일한 온도 분포를 가지도록 기판(S)을 가열할 수 있다.
또한, 스테이지(200)와 열원 유닛(300) 사이에서 광학적 구조를 가지는 광 조절부(400)에 의하여 열원 유닛(300)으로부터 조사되는 광을 제어함으로써, 기설계된 열원 유닛(300)의 위치나 구조를 변경함이 없이 효율적으로 기판(S)의 온도 분포를 제어할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 챔버 120: 챔버 몸체
140: 하부 챔버 160: 상부 챔버
200: 스테이지 220: 지지대
300: 열원 유닛 400: 광 조절부
420: 광 투과 판 460: 제1 볼록 렌즈
442: 제2 상부 볼록 렌즈 444: 제2 하부 볼록 렌즈

Claims (14)

  1. 반응 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버에서 기판을 안착시키기 위한 스테이지;
    상기 스테이지의 상부 및 하부 중 적어도 일측에 배치되어 상기 기판에 광을 조사하기 위한 열원 유닛; 및
    상기 스테이지와 열원 유닛 사이에 배치되어, 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광의 집광률을 조절하기 위한 광 조절부;를 포함하고,
    상기 광 조절부는 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광이 상기 기판의 영역별로 서로 다른 집광률을 가지도록 조절하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 조절부는 상기 열원 유닛으로부터 조사되는 광이 상기 기판의 중심부보다 가장자리부에서 상대적으로 큰 집광률을 가지도록 조절하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 조절부는,
    상기 스테이지와 열원 유닛 사이에 배치되는 광 투과 판; 및
    상기 광 투과 판에 형성되는 집광 렌즈군;을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 광 투과 판 및 집광 렌즈군은 동일한 굴절률을 가지는 물질로 형성되는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 집광 렌즈군은,
    상기 기판의 중심부에 중첩되는 상기 광 투과 판의 제1 영역에 형성되는 제1 렌즈부; 및
    상기 기판의 가장자리부에 중첩되는 상기 광 투과 판의 제2 영역에 형성되는 제2 렌즈부;를 포함하고,
    상기 제1 렌즈부는 상기 제2 렌즈부보다 긴 초점 거리를 가지는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광 투과 판의 제1 영역 및 제2 영역은 각각 상기 기판의 중심부 및 가장자리부보다 큰 면적으로 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 렌즈부는,
    상기 광 투과 판의 제2 영역을 따라 배열되는 복수 개의 볼록 렌즈;를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 렌즈부는,
    상기 광 투과 판의 제2 영역을 따라 연장되는 링형 볼록 렌즈;를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 렌즈부는 상기 열원 유닛에 대향하는 상기 광 투과 판의 일면에 형성되고,
    상기 제2 렌즈부는 상기 열원 유닛 및 스테이지에 각각 대향하는 상기 광 투과 판의 일면 및 타면에 각각 형성되는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 렌즈부는 상기 광 투과 판의 일면 및 타면에서 서로 다른 곡률 반경을 가지도록 형성되는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 중심부는 상기 기판의 중심으로부터의 거리가 상기 기판 반경의 40% 내지 50%의 범위 중에서 선택된 거리 이하인 영역을 포함하고,
    상기 기판의 가장자리부는 상기 기판의 외주로부터의 거리가 상기 기판 반경의 20% 내지 30%의 범위 중에서 선택된 거리 이하인 영역을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 열원 유닛은 상기 기판의 중심부에 중첩되는 영역과 상기 기판의 가장자리부에 중첩되는 영역의 사이를 따라 원형으로 배열되는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 열원 유닛은 상기 챔버의 하부 외측에 배치되고,
    상기 광 조절부는 상기 챔버의 적어도 일부를 형성하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 광 조절부는 상기 반응 공간의 적어도 일부의 측면 및 저면을 밀폐하는 기판 처리 장치.
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