KR20220094521A - 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하고 상기 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 투과판과 상기 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판을 구비하는 공정 챔버와, 상기 빔 투과판을 통하여 상기 평판 기판의 하면으로 단일 파장의 VCSEL 빔을 조사하는 빔 조사 모듈 및 상기 평판 기판의 하면 또는 상면에서 반사되는 상기 레이저 빔을 측정하여 상기 평판 기판의 복사율을 측정하는 복사율 측정 모듈을 포함하는 기판 열처리 장치를 개시한다.

Description

레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치{Substrate Heat-Treatment Apparatus using Laser Emitting Device}
본 발명은 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 평판 패널 디스플레이 장치용 유리 기판과 같은 평판 기판은 에피텍셜 공정, 박막 결정화 공정, 이온 주입 공정 또는 활성화 공정과 같은 제조 공정이 진행되어 반도체 또는 평판 디스플레이 모듈로 제조될 수 있다.
상기 평판 기판은 제조 공정에서 온도가 일정하게 유지되는 것이 필요하다. 상기 평판 기판의 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 평판 기판의 온도를 정확하게 측정하는 것이 요구된다. 상기 평판 기판의 온도는 일반적으로 평판 기판에서 측정되는 복사율을 이용하여 측정한다. 그러나, 상기 평판 기판의 복사율은 평판 기판의 자체 특성 예를 들면, 온도, 표면 거칠기, 표면 패턴의 형상과 같은 특성에 의하여 영향을 받게 되므로 측정이 용이하지 않다. 특히, 상기 제조 공정은 상대적으로 고온에서 진행되므로 평판 기판에 대한 복사율을 정확하게 측정하기가 용이하지 않다.
최근에는, 상기 제조 공정은 반도체 기술의 미세화에 따라 작은 온도 편차와 높은 온도 균일도를 요구한다. 따라서, 상기 열처리 장치는 평판 기판의 온도를 정확하게 측정하는 것을 필요로 한다.
본 발명은 별도의 광원을 사용하지 않고 평판 기판의 복사율을 측정할 수 있는 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하고 상기 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 투과판과 상기 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판을 구비하는 공정 챔버와, 상기 빔 투과판을 통하여 상기 평판 기판의 하면으로 단일 파장의 VCSEL 빔을 조사하는 빔 조사 모듈 및 상기 평판 기판의 하면 또는 상면에서 반사되는 상기 레이저 빔을 측정하여 상기 평판 기판의 복사율을 측정하는 복사율 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복사율 측정 모듈은 상기 빔 조사 모듈의 하부에 위치하여 상기 평판 기판의 하면에서 반사되는 상기 레이저 빔을 측정하여 상기 평판 기판의 복사율을 측정할 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버는 상기 평판 기판이 내부에 안착되는 측벽과, 상기 측벽의 내부에서 상기 평판 기판의 상부에 상기 적외선 투과판과 상부판이 위치하는 외부 하우징 및 상기 외부 하우징의 내측에서 상기 평판 기판의 하부에 위치하며 상기 빔 투과판이 상부에 위치하는 내부 하우징을 포함하며, 상기 빔 조사 모듈은 상기 내부 하우징의 내부에서 상기 빔 투과판의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 빔 조사 모듈은 상면에서 하면으로 관통되는 복사율 측정홀을 구비하며, 상기 복사율 측정 모듈은 상기 복사율 측정홀의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 복사율 측정 모듈은 상기 복사율 측정홀의 하부에 위치하며 상기 레이저 빔을 수광하여 상기 복사율을 측정하는 파워미터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복사율 측정 모듈은 복사율 측정홀의 하부에 위치하여 상기 레이저 빔을 수광하는 광 케이블 및 상기 광 케이블에 연결되어 상기 복사율을 측정하는 파워미터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 VCSEL 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버는 상기 평판 기판의 외측을 지지하는 기판 지지대를 더 포함하며, 상기 기판 열처리 장치는 상기 기판 지지대를 지지하여 회전시키는 기판 회전 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 회전 모듈은 N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 링 형상이며, 상기 챔버 하부 공간의 내부에서 기판 지지대의 하부에 결합되는 내측 회전 수단 및 상기 외부 하우징의 외측에서 상기 내측 회전 수단과 대향하여 위치하며 자력을 발생시켜 상기 내측 회전 수단을 회전시키는 외측 회동 수단을 구비할 수 있다.
본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 별도의 측정용 광원을 사용하지 않고 열 광원으로 사용하는 VCSEL의 단일 파장을 이용하여 평판 기판의 복사율을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 평판 기판의 하부에서 평판 기판과 평행하게 위치하므로 보다 효율적으로 평판 기판의 복사율을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 별도의 복사율 측정용 광원을 사용하지 않으므로 장치의 구조가 간단해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 조사 모듈의 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 "A-A"에 대한 수직 단면도이다.
도 4는 도 1의 "B"에 대한 부분 확대도이다.
이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 조사 모듈의 부분 사시도이다. 도 3은 도 2의 "A-A"에 대한 수직 단면도이다. 도 4는 도 1의 "B"에 대한 부분 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치(10)는, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 공정 챔버(100)와 빔 조사 모듈(200)과 가스 분사 모듈(300)과 복사율 측정 모듈(400) 및 기판 회전 모듈(500)을 포함할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)에 대한 에피텍셜 공정, 결정화 공정, 이온 주입 공정 또는 활성화 공정과 같은 열처리 공정 또는 제조 공정이 진행될 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)을 가열하기 위한 열 광원으로 레이저 발광 소자를 사용할 수 있다. 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자일 수 있다. 또한, 상기 레이저 발광 소자는 VCSEL 소자일 수 있다. 상기 레이저 발광 소자는 단일 파장의 레이저 빔을 조사하는 소자로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저 발광 소자는 바람직하게는 대략 940nm의 단일 파장의 레이저 빔을 조사하는 VCSEL 소자일 수 있다
상기 기판 열처리 장치(10)는 레이저 빔을 조사하는 레이저 발광 소자를 포함하는 빔 조사 모듈(200)에서 레이저 빔을 평판 기판(a)의 하면에 조사하여 평판 기판(a)을 가열할 수 있다. 여기서, 상기 평판 기판(a)은 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판일 수 있다. 또한, 상기 평판 기판(a)은 수지 필름과 같은 플렉서블 기판일 수 있다. 또한, 상기 평판 기판(a)은 표면 또는 내부에 형성되는 다양한 소자 또는 도전 패턴을 포함할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(10)는 레이저 발광 소자를 평판 기판(a)을 가열하기 위한 열 광원으로 사용하며, 레이저 발광 소자는 단일 파장의 레이저 빔을 조사할 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저 발광 소자는 대략 940nm의 단일 파장의 레이저 빔을 조사하는 VCSEL 소자로 형성될 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(10)는 별도의 측정용 광원을 사용하지 않고 열 광원으로 사용하는 레이저 발광 소자의 레이저 빔을 이용하여 평판 기판(a)의 복사율을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 열처리 장치(10)는 VCSEL 소자로부터 평판 기판(a)의 하면으로 조사되어 반사되는 단일 파장의 레이저 빔의 반사율을 측정하여 복사율을 산출할 수 있다.
또한, 상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)의 하부에서 평판 기판(a)과 평행하게 위치하므로 보다 효율적으로 평판 기판(a)의 복사율을 측정할 수 있다. 또한, 상기 기판 열처리 장치(10)는 별도의 복사율 측정용 광원을 사용하지 않으므로 장치의 구조가 간단해질 수 있다.
또한, 상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)의 상부에서 평판 기판(a)의 상면에서 반사되는 레이저 빔을 측정하여 복사율을 측정할 수 있다. 이때, 상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)의 상면으로 레이저 빔을 조사하는 별도의 측정용 광원을 구비할 수 있다. 상기 측정용 광원은 빔 조사 모듈(200)과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 외부 하우징(110)과 내부 하우징(120)과 빔 투과판(130)과 기판 지지대(140) 및 적외선 투과판(150)을 포함할 수 있다. 상기 공정 챔버(100)는 내부에 평판 기판(a)이 수용되어 열처리되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 평판 기판(a)은 공정 챔버(100)의 내부에서 기판 지지대(140)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 공정 챔버(100)는 외부에 위치하는 빔 조사 모듈(200)에서 생성되는 레이저 빔이 내부에 위치하는 평면 기판의 하면으로 조사되도록 한다. 상기 공정 챔버(100)는 빔 투과판(130)을 통과하여 레이저 빔이 기판 지지대(140)에 안착되는 평판 기판(a)의 하면으로 조사되도록 한다.
상기 외부 하우징(110)은 내부가 중공인 통 형상으로 형성되며, 측벽(111)과 상부판(112) 및 하부판(113)을 구비할 수 있다. 상기 외부 하우징(110)은 대략 원통 형상 또는 사각통 형상, 오각통 형상 또는 육각통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 외부 하우징(110)은 내부에서 열처리되는 평판 기판(a)의 면적보다 큰 수평 단면적을 갖는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 측벽(111)은 내부가 중공인 원통 형상 또는 사각통 형상, 오각통 형상 또는 육각통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 측벽(111)은 내부에 열처리가 진행되는 열처리되는 챔버 상부 공간(100a)을 제공한다. 또한, 상기 측벽(111)은 내부에 빔 조사 모듈(200)과 기판 회전 모듈(500)의 일부가 수용되는 공간을 제공한다.
상기 상부판(112)은 측벽(111) 상단의 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 상부판(112)은 측벽(111)의 상단에 결합되며 측벽(111)의 상부를 밀폐할 수 있다.
상기 하부판(113)은 측벽(111)의 하부 평면 형상에 대응되며, 내측에 하부 관통홀(113)이 형성된다. 상기 하부판(113)은 소정 폭을 갖는 원형 링 또는 사각 링으로 형성될 수 있다. 상기 하부판(113)은 챔버 하부 공간(100b)의 하측 평면 형상에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 하부판(113)은 측벽(111)의 하부에 결합되며, 측벽(111)의 하부 외측을 차폐한다. 상기 하부판(113)의 관통홀의 외측에는 이하에서 설명하는 내부 하우징(120)의 하부가 결합될 수 있다.
상기 내부 하우징(120)은 내부가 중공인 통 형상으로 형성되며, 원통 형상, 사각통 형상, 오각통 형상 또는 육각통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 내부 하우징(120)은 외부 하우징(110)의 내경 또는 내측 폭보다 작은 외경 또는 외측 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 외부 하우징(110)보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 상측이 공정 챔버(100)의 내부에 안착되는 평판 기판(a)의 하부에 위치하는 높이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 상부에 위치하는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 큰 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 평판 기판(a)보다 큰 수평 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 내부 하우징(120)의 상부에는 평판 기판(a)이 안착되는 챔버 상부 공간(100a)이 형성된다. 즉, 상기 챔버 상부 공간(100a)은 외부 하우징(110)의 내측에서 내부 하우징(120)의 상부에 형성되며, 평판 기판(a)이 안착되는 공간을 제공한다. 상기 평판 기판(a)은 내부 하우징(120)의 하부에 볼 때 열처리되는 영역의 하면이 노출되도록 챔버 상부 공간(100a)에 위치할 수 있다.
또한, 상기 내부 하우징(120)은 하측이 외부 하우징(110)의 하측과 대략 동일한 높이에 위치하도록 결합될 수 있다. 상기 내부 하우징(120)은 하단이 하부판(113)의 내측에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 내부 하우징(120)의 외측과 외부 하우징(110)의 내측 사이의 공간은 하부판(113)에 의하여 밀폐될 수 있다. 상기 내부 하우징(120)의 외측면과 외부 하우징(110)의 내측면 사이에는 챔버 하부 공간(100b)이 형성될 수 있다. 상기 챔버 상부 공간(100a)과 챔버 하부 공간(100b)은 외부 하우징(110)과 내부 하우징(120) 및 하부판(113)에 의하여 외부와 차폐되면서 진공 또는 공정 가스 분위기로 유지할 수 있다.
상기 빔 투과판(130)은 내부 하우징(120)의 상부에 결합되며, 평판 기판(a)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 빔 투과판(130)은 쿼쯔, 유리와 같이 레이저 빔이 투과하는 투명판으로 형성될 수 있다. 상기 빔 투과판(130)은 레이저 빔이 투과하여 평판 기판(a)의 하면에 조사되도록 한다. 보다 구체적으로는, 상기 빔 투과판(130)은 내부 하우징(120)의 내측에서 하면을 통하여 입사되는 레이저 빔이 평판 기판(a)의 하면에 조사되도록 한다. 상기 빔 투과판(130)은 평판 기판(a)의 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 빔 투과판(130)은 직경 또는 폭이 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 크게 형성될 수 있다. 상기 빔 투과판(130)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 1.1배 이상의 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 빔 투과판(130)은 레이저 빔이 평판 기판(a)의 하면에 전체적으로 조사되도록 할 수 있다.
상기 기판 지지대(140)는 상부 지지대(141) 및 연결 지지대(142)를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지대(140)는 내부 하우징(120)의 상부에 위치하여, 평판 기판(a)의 하면이 노출되도록 평판 기판(a)의 하부 외측을 지지할 수 있다. 또한, 상기 기판 지지대(140)는 챔버 하부 공간(100b)으로 연장되어 기판 회전 모듈(500)과 결합될 수 있다. 상기 기판 지지대(140)는 기판 회전 모듈(500)의 작용에 의하여 평판 기판(a)을 회전시킬 수 있다.
상기 상부 지지대(141)는 내측에 기판 노출홀(141a)을 구비하며 소정 폭을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상부 지지대(141)는 평판 기판(a)의 하면을 노출시키면서 평판 기판(a)의 하부 외측을 지지할 수 있다. 상기 상부 지지대(141)는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 큰 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다.
상기 기판 노출홀(141a)은 상부 지지대(141)의 중앙에서 상면과 하면을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 기판 노출홀(141a)은 평판 기판(a)의 하면에서 열처리가 필요한 영역을 전체적으로 노출할 수 있도록 소정 면적으로 형성될 수 있다.
상기 연결 지지대(142)는 대략 상부와 하부가 개방된 통 형상으로 형성되며, 내부 하우징(120)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 지지대는 내부 하우징(120)이 원통 형상으로 형성되는 경우에 이에 대응하여 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 연결 지지대(142)는 챔버 상부 공간(100a)과 챔버 하부 공간(100b)에 걸쳐서 위치할 수 있다. 상기 연결 지지대(142)는 상부가 상부 지지대(141)의 외측에 결합되며, 하부가 챔버 하부 공간(100b)으로 연장되어 기판 회전 모듈(500)과 결합될 수 있다. 따라서, 상기 연결 지지대(142)는 기판 회전 모듈(500)에 의하여 회전되면서 상부 지지대(141)와 평판 기판(a)을 회전시킬 수 있다.
상기 적외선 투과판(150)은 측벽(111)의 상부 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 투명 쿼쯔로 형성될 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 측벽(111) 상부에서 상부판(112)과 기판 지지대(140)의 사이에 위치할 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 외부 하우징(110)의 챔버 상부 공간(100a)을 열처리 공간(100c)과 냉각 가스 공간(100d)으로 분리할 수 있다. 상기 열처리 공간(100c)은 평판 기판(a)이 위치하여 열처리가 진행되는 공간이다. 상기 냉각 가스 공간(100d)은 적외선 투과판(150)을 냉각하기 위한 냉각 가스가 유입되는 공간이며, 열처리 공간(100c)의 상부에 위치한다. 상기 적외선 투과판(150)은 하면이 평판 기판(a)의 상부에서 평판 기판(a)의 상면과 대향하여 위치할 수 있다. 한편, 상기 적외선 투과판(150)은 외부 하우징(110)의 상면을 형성하고, 적외선 투과판(150)의 상부의 측벽(111)과 상부판(112)이 별도로 형성되어 적외선 투과판(150)의 상부에 결합될 수 있다.
상기 적외선 투과판(150)은 투명 쿼쯔로 형성되어 열처리 공정 중에 평판 기판(a)에서 발생되는 복사 에너지를 외부로 투과시킬 수 있다. 특히, 상기 적외선 투과판(150)은 적외선을 포함하는 파장의 복사 에너지를 외부로 투과시킬 수 있다. 또한, 상기 적외선 투과판(150)은 400℃ 이하의 온도로 유지되며 바람직하게는 300 ~ 400℃의 온도로 유지될 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 300 ~ 400℃의 온도로 유지되므로, 공정 가스에 의한 화학 증착이 방지되어 증착에 의한 방사율의 증가가 방지될 수 있다. 여기서 상기 공정 가스는 열처리 공정의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 에피텍셜 공정에서 공정 가스는 SiH4, SiH2Cl2, SiHCl3, 또는 SiCl4와 같은 가스들이 사용될 수 있다.
상기 냉각 가스는 온도가 400℃이하인 경우에 화학 증착이 현저히 감소될 수 있다. 또한, 상기 적외선 투과판(150)은 열처리 공정의 회수에 따라 방사율이 증가되지 않으므로, 공정이 진행되는 평판 기판(a)들 사이의 공정 온도 차이를 감소시킬 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 소자 배열판(210) 및 서브 조사 모듈(220)을 포함할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 공정 챔버(100)의 외측 하부에 위치하여 빔 투과판(130)을 통하여 평판 기판(a)의 하면으로 단일 파장의 레이저 빔을 조사할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 940nm의 단일 파장을 갖는 레이저 빔을 조사하여 평판 기판(a)을 가열할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 내부 하우징(120)의 내측에서 빔 투과판(130)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 평판 기판(a)의 하부에 대응되는 영역에 상면에서 하면으로 관통되는 복사율 측정홀(200a)을 포함한다. 상기 복사율 측정홀(200a)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 중앙에 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 상기 복사율 측정홀(200a)은 복사율 측정 모듈(400)이 비접촉식으로 복사율을 측정하는 경로를 제공할 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 소자 배열판(210)의 상면에 복수 개의 서브 조사 모듈(220)이 격자 형태로 배열될 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은, 도 2를 참조하면, 소자 배열판(210)의 상면에 x 방향과 y 방향으로 배열되어 격자 형상으로 배열될 수 있다.
상기 소자 배열판(210)은 소정 면적과 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 배열판(210)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 형상과 면적에 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 소자 배열판(210)은 열전도성이 있는 세라믹 재질 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 소자 배열판(210)은 레이저 발광 소자에서 발생되는 열을 방열시키는 작용을 할 수 있다.
상기 서브 조사 모듈(220)은 소자 기판(221)과 레이저 발광 소자(222)와 전극 단자(223) 및 냉각 블록(224)을 포함할 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 복수 개가 소자 배열판(210)에 격자 방향으로 배열되어 위치할 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 소자 배열판(210)의 표면에서 평판 기판(a)의 조사 영역에 레이저 빔을 조사하는데 필요한 영역에 배열될 수 있다. 상기 소자 기판(221)은 별도의 점착제층(226)에 의하여 냉각 블록(224)에 결합될 수 있다.
상기 서브 조사 모듈(220)은 복수 개의 레이저 발광 소자(222)가 x 축 방향과 y 축 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 구체적으로 도시하는 않았지만, 레이저 발광 소자(222)를 고정하기 위한 발광 프레임(미도시)과 레이저 발광 소자(222)에 전력을 공급하기 위한 전력선(미도시)를 구비하여 형성될 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 전체 레이저 발광 소자(222)에 동일한 전력이 인가되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 서브 조사 모듈(220)은 각각의 레이저 발광 소자(222)에 서로 다른 전력이 인가되도록 형성될 수 있다.
상기 소자 기판(221)은 전자 소자를 실장하는데 사용되는 일반적인 기판으로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판(221)은 레이저 발광 소자(222)가 실장되는 소자 영역(221a) 및 단자가 실장되는 단자 영역(221b)으로 구분될 수 있다. 상기 소자 영역(221a)은 복수 개의 레이저 발광 소자(222)가 격자 형상으로 배열되어 실장될 수 있다. 상기 단자 영역(221b)은 소자 영역(221a)에 접하여 위치하며 복수 개의 단자가 실장될 수 있다.
상기 레이저 발광 소자(222)는 레이저 빔을 조사하는 다양한 발광 소자로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저 발광 소자(222)는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 발광 소자(222)는 바람직하게는 VCSEL 소자로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 940nm의 단일 파장의 레이저 빔을 조사할 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 사각 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 정사각형 또는 폭과 길이의 비가 1:2를 초과하지 않는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저 빔이 발진된다. 상기 레이저 발광 소자(222)는 고출력의 레이저 빔을 발진하므로, 기존의 할로겐 램프에 대비하여 평판 기판(a)의 온도 상승률을 증가시킬 수 있으며, 수명도 상대적으로 길다.
상기 레이저 발광 소자(222)는 복수 개가 소자 기판(221)의 상면에서 소자 영역(221a)에 x 방향과 y 방향으로 배열되어 격자 형상으로 배열될 수 있다. 상기 레이저 발광 소자(222)는 소자 영역(221a)의 면적과 평판 기판(a)에 조사되는 레이저 빔의 에너지 량에 따라 적정한 개수가 적정한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 발광 소자(222)는 발광되는 레이저 빔이 인접하는 레이저 발광 소자(222)의 레이저 빔과 오버랩될 때 균일한 에너지를 조사할 수 있는 간격으로 위치할 수 있다. 이때, 상기 레이저 발광 소자(222)는 인접하는 레이저 발광 소자(222)와 측면이 서로 접촉되어 이격 거리가 없도록 위치할 수 있다.
상기 전극 단자(223)는 소자 기판(221)의 단자 영역(221b)에 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는 + 단자와 - 단자를 포함하며, 레이저 발광 소자(222)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는, 구체적으로 도시하지 않았지만, 다양한 방식으로 레이저 발광 소자(222)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는 레이저 발광 소자(222)의 구동에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)의 평면 형상에 대응되는 평면 형상과 소정 높이로 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록(224)은 열전도성이 있는 세라믹 재질 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)의 하면에 별도의 점착제층에 의하여 결합될 수 있다. 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)의 표면에 실장되는 레이저 발광 소자(222)에서 발생되는 열을 하부로 방출할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)과 레이저 발광 소자(222)를 냉각할 수 있다.
상기 냉각 블록(224)은 내부에 냉각수가 흐르는 냉각 유로(224a)가 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(224a)는 유입구와 유출구가 하면에 형성되고, 냉각 블록(224)의 내부에 다양한 행태의 유로로 형성될 수 있다.
상기 가스 분사 모듈(300)은 가스 분사판(310)과 가스 공급관(320) 및 가스 배출관(330)을 포함할 수 있다. 상기 가스 분사 모듈(300)은 적외선 투과판(150)의 상면에 냉각 가스를 분사하여 적외선 투과판(150)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각 가스는 질소 가스, 아르곤 가스 또는 압축 냉각 공기일 수 있다.
상기 가스 분사판(310) 판상으로 형성되며, 상면에서 하면으로 관통되는 가스 분사홀(311)을 구비할 수 있다. 상기 가스 분사판(310)은 외부 하우징(110)의 상부에서 상부판(112)과 적외선 투과판(150)의 사이에 적외선 투과판(150)과 평행하게 위치할 수 있다. 상기 가스 분사판(310)은 가스 분사 공간(100d)을 상부 가스 공간(100e)과 하부 가스 공간(100f)으로 분리할 수 있다.
상기 가스 분사홀(311)은 가스 분사판(310)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 즉, 상기 가스 분사홀(311)은 상부 가스 공간(100e)과 하부 가스 공간(100f)을 연결할 수 있다. 상기 가스 분사홀(311)은 외부에서 상기 가스 분사 공간(100d)으로 유입되는 냉각 가스를 하부 가스 공간(100f)으로 분사할 수 있다.
상기 가스 분사홀(311)은 복수 개가 가스 분사판(310)에 전체적으로 이격되어 형성될 수 있다. 상기 가스 분사홀(311)은 상부 가스 공간(100e)으로 공급되는 냉각 가스를 보다 균일하게 하부 가스 공간(100f)으로 분사할 수 있다. 따라서, 상기 가스 분사판(310)은 하부의 적외선 투과판(150)을 보다 균일하게 냉각할 수 있다.
상기 가스 공급관(320)은 양측이 개방된 관 형상으로 형성되며, 외부 하우징(110)의 상부판(112)에서 외부 하우징(110)의 내측으로 관통되도록 결합된다. 즉, 상기 가스 공급관(320)은 외부에서 상부판(112)을 관통하여 상부 가스 공간(100e)으로 관통된다. 상기 가스 공급관(320)은 상부판(112)의 면적에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 가스 공급관(320)은 외부의 냉각 가스 공급 장치와 연결되어 냉각 가스를 공급받을 수 있다. 또한, 상기 가스 공급관(320)은 가스 순환 냉각 모듈과 연결되어 냉각 가스를 공급받을 수 있다.
상기 가스 배출관(330)은 양측이 개방된 관 형상으로 형성되며, 하부 가스 공간(100f)에서 외측으로 관통되도록 외부 하우징(110)의 측벽(111)에 결합될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출관(330)은 외부에서 측벽(111)을 관통하여 하부 가스 공간(100f)으로 관통된다. 상기 가스 배출관(330)은 상부판(112)의 면적에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 가스 배출관(330)은 하부 가스 공간(100f)으로 유입된 냉각 가스를 외부로 배출할 수 있다. 또한, 상기 가스 배출관(330)은 가스 순환 냉각 모듈과 연결되어 냉각 가스를 배출할 수 있다.
상기 복사율 측정 모듈(400)은 파워미터(Power-meter)(410) 및 파워미터 지지대(420)를 포함할 수 있다. 상기 복사율 측정 모듈(400)은 빔 조사 모듈(200)의 복사율 측정홀(200a)을 통하여 평판 기판(a)의 하면에서 반사되는 레이저 발광 소자(222)의 단일 파장의 레이저 빔을 측정하여 복사율을 측정할 수 있다. 상기 복사율 측정 모듈(400)은 열 광원으로 사용되는 레이저 발광 소자(222)에서 평판 기판(a)의 하면으로 조사된 후에 반사되는 단일 파장의 레이저 빔의 반사율을 측정하여 평판 기판(a)의 복사율을 측정한다. 따라서, 상기 복사율 측정 모듈(400)은 반사율 측정을 위한 별도의 광원을 필요로 하지 않는다. 또한, 상기 복사율 측정 모듈(400)은 단일 파장의 레이저 빔만이 조사되는 상태에서 평판 기판(a)의 반사율을 측정하므로 보다 정확하게 반사율을 측정할 수 있다.
또한, 상기 복사율 측정 모듈(400)은 평판 기판(a)의 상면에서 반사되는 레이저 빔의 반사율을 측정하여 평판 기판(a)의 복사율을 측정할 수 있다. 이때, 상기 복사율 측정 모듈(400)은 평판 기판(a)의 상면으로 단일 파장의 레이저 빔을 조사하는 별도의 복사율 측정용 광원을 구비할 수 있다. 상기 복사율 측정용 광원은 빔 조사 모듈(200)과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 복사율 측정용 광원은 하나의 VCSEL 소자로 형성될 수 있다.
상기 파워미터(410)는 평판 기판(a)의 복사율을 비접촉식으로 측정할 수 있다. 상기 파워미터(410)는 빔 조사 모듈(200)의 하부에서 복사율 측정홀(200a)의 하부에 위치한다. 또한, 상기 파워미터(410)는, 구체적으로 도시하지 않았지만, 별도의 광 케이블과 연결되며 공정 챔버(100)의 외부에 위치할 수 있다. 이때, 상기 광 케이블은 복사율 측정홀(200a)의 하부에 위치하여 평판기판에서 반사되는 단일 파장 빔을 수광할 수 있다. 또한, 상기 파워미터(410)는 평판 기판(a)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 파워미터(410)는 평판 기판(a)의 상부에서 평판 기판(a)의 복사율을 측정할 수 있다.
상기 파워미터 지지대(420)는 빔 조사 모듈(200)의 하부에서 파워미터(410)를 빔 조사 모듈(200)의 복사율 측정홀(200a)의 하부에 고정시킬 수 있다. 상기 파워미터 지지대(420)는 파워미터(410)를 지지할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
상기 기판 회전 모듈(500)은 내측 회전 수단(510) 및 외측 회동 수단(520)을 포함할 수 있다. 상기 기판 회전 모듈(500)은 기판 지지대(140)를 비접촉식으로 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 내측 회전 수단(510)은 공정 챔버(100)의 챔버 하부 공간(100b)에서 기판 지지대(140)의 하부에 결합될 수 있다. 또한, 상기 외측 회동 수단(520)은 공정 챔버(100)의 외측에서 내측 회전 수단(510)과 대향하여 위치할 수 있다. 상기 외측 회동 수단(520)은 내측 회전 수단(510)을 자력을 이용하여 비접촉식으로 회전시킬 수 있다.
상기 내측 회전 수단(510)은 모터의 로터와 같은 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 회전 수단(510)은 전체적으로 링 형상으로 형성되며 N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 자석 구조로 형성될 수 있다. 상기 내측 회전 수단(510)은 기판 지지대(140)의 하부 즉, 연결 지지대(142)에 결합될 수 있다. 이때, 상기 내측 회전 수단(510)은 하부판(113)의 상부에서 상측으로 이격되어 위치할 수 있다. 한편, 상기 내측 회전 수단(510)은, 구체적으로 도시하지 않았지만, 회전시에 진동을 방지하거나 원활하게 회전할 수 있도록 별도의 지지 수단에 의하여 지지될 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 회전 수단(510)은 하부에 지지 베어링 또는 롤러에 의하여 지지될 수 있다.
상기 외측 회동 수단(520)은 모터의 스테이터와 같은 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 외측 회동 수단(520)은 링 형태로 형성되는 철심과 철심에 권취되는 도선을 포함할 수 있다. 상기 외측 회동 수단(520)은 도선에 공급되는 전원에 의하여 발생되는 자력으로 내측 회전 수단(510)을 회전시킬 수 있다. 상기 외측 회동 수단(520)은 외부 하우징(110)을 기준으로 내측 회전 수단(510)과 대향하도록 외부 하우징(110)의 외부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 외측 회동 수단(520)은 내측 회전 수단(510)과 동일한 높이에서 외부 하우징(110)을 기준으로 외측에 위치할 수 있다.
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.
a: 평판 기판
10: 기판 열처리 장치
100: 공정 챔버
100a: 챔버 상부 공간 100b: 챔버 하부 공간
100c: 열처리 공간 100d: 냉각 가스 공간
110: 외부 하우징 120: 내부 하우징
130: 빔 투과판 140: 기판 지지대
150: 적외선 투과판
200: 조사 모듈 200a: 복사율 측정홀
210: 소자 배열판 220: 서브 조사 모듈
300: 가스 분사 모듈
310: 가스 분사판 311: 가스 분사홀
320: 가스 공급관 330; 가스 배출관
400: 복사율 측정 모듈
410: 파워미터 420: 파워미터 지지대
500: 기판 회전 모듈
510: 내측 회전 수단 520: 외측 회동 수단

Claims (10)

  1. 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하고 상기 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 투과판과 상기 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판을 구비하는 공정 챔버와,
    상기 빔 투과판을 통하여 상기 평판 기판의 하면으로 단일 파장의 VCSEL 빔을 조사하는 빔 조사 모듈 및
    상기 평판 기판의 하면 또는 상면에서 반사되는 상기 레이저 빔을 측정하여 상기 평판 기판의 복사율을 측정하는 복사율 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사율 측정 모듈은 상기 빔 조사 모듈의 하부에 위치하여 상기 평판 기판의 하면에서 반사되는 상기 레이저 빔을 측정하여 상기 평판 기판의 복사율을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는
    상기 평판 기판이 내부에 안착되는 측벽과, 상기 측벽의 내부에서 상기 평판 기판의 상부에 상기 적외선 투과판과 상부판이 위치하는 외부 하우징 및 상기 외부 하우징의 내측에서 상기 평판 기판의 하부에 위치하며 상기 빔 투과판이 상부에 위치하는 내부 하우징을 포함하며,
    상기 빔 조사 모듈은 상기 내부 하우징의 내부에서 상기 빔 투과판의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔 조사 모듈은 상면에서 하면으로 관통되는 복사율 측정홀을 구비하며,
    상기 복사율 측정 모듈은 상기 복사율 측정홀의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복사율 측정 모듈은 상기 복사율 측정홀의 하부에 위치하며 상기 레이저 빔을 수광하여 상기 복사율을 측정하는 파워미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 복사율 측정 모듈은 복사율 측정홀의 하부에 위치하여 상기 레이저 빔을 수광하는 광 케이블 및 상기 광 케이블에 연결되어 상기 복사율을 측정하는 파워미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 VCSEL 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상기 평판 기판의 외측을 지지하는 기판 지지대를 더 포함하며,
    상기 기판 열처리 장치는 상기 기판 지지대를 지지하여 회전시키는 기판 회전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 회전 모듈은
    N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 링 형상이며, 상기 챔버 하부 공간의 내부에서 기판 지지대의 하부에 결합되는 내측 회전 수단 및
    상기 외부 하우징의 외측에서 상기 내측 회전 수단과 대향하여 위치하며 자력을 발생시켜 상기 내측 회전 수단을 회전시키는 외측 회동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
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