KR20240039263A - 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치 - Google Patents

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KR20240039263A
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이대용
문용수
김성철
지상현
김창교
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀한 가열 온도의 제어가 가능한 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록은 복수의 레이저 셀을 갖는 제1 레이저 모듈; 복수의 레이저 셀을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈; 및 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부;를 포함하고, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 전력이 입력되는 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성되는 복수의 제어영역으로 분할되며, 상기 복수의 제어영역은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.

Description

히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치{Heater block and apparatus for heating substrate having the same}
본 발명은 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀한 가열 온도의 제어가 가능한 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 통상적으로 이온 주입, 박막 증착, 열처리 등의 기판을 처리하는 단위 공정을 수차례 반복함으로써 이루어진다. 이러한 단위 공정들에서는 열에너지를 공급하여 소정의 공정 온도에서 기판을 처리할 필요가 있다. 특히, 소정의 공정 온도까지 기판을 가열하는 데 있어서 광에너지를 이용하면 짧은 시간 동안에 가열 공정이 진행되므로, 불순물이 발생되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.
일반적인 기판 가열장치에서는 챔버 내에 기판이 안착된 상태에서 다수의 할로겐 램프(halogen lamp)를 포함하는 히터 블록을 통하여 열처리가 이루어지고, 기판의 온도는 고온계(pyrometer) 등의 온도 측정 장치를 통하여 비접촉 방식으로 측정된다. 고온계는 기판으로부터 방출되는 복사 에너지를 집광하여, 흑체 복사 온도 관계를 바탕으로 기판의 온도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 장치에서 측정된 온도는 가열 제어부를 통해 히터 블록으로 피드백되어 히터 블록에 대한 온도 제어가 이루어진다.
실리콘 웨이퍼의 경우, 600 ℃ 이하의 온도에서 반투명 상태의 광 투과도를 가지며, 물질 특정상 저온 영역에서 빛을 투과하는 특성이 있는 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용하게 되면, 600 ℃ 이하의 기판 온도에서 할로겐 램프의 광의 일부가 기판을 투과하게 되고, 측정 파장 대역이 0.9 내지 1 ㎛인 고온계가 기판을 투과한 0.4 내지 6 ㎛ 방사 파장의 할로겐 램프의 광의 일부를 측정하게 되어 정확한 기판만의 온도를 측정하지 못하고, 온도 측정 에러가 생기게 된다.
또한, 할로겐 램프는 복수의 제어영역으로 분할될 수 없어 제어영역별로 더욱 정밀한 제어가 불가능하며, 이에 따라 할로겐 램프보다 작은 면적의 제어영역별로 제어가 가능한 히터 블록이 요구된다.
등록특허 제10-0974013호
본 발명은 세분화된 복수의 제어영역별로 정밀한 가열 온도의 제어가 가능하여 기판의 온도 균일도(temperature uniformity)를 향상시킬 수 있는 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록은 복수의 레이저 셀을 갖는 제1 레이저 모듈; 복수의 레이저 셀을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈; 및 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부;를 포함하고, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 전력이 입력되는 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성되는 복수의 제어영역으로 분할되며, 상기 복수의 제어영역은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 상기 제어영역의 분할 형태가 상이할 수 있다.
상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되고, 상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할될 수 있다.
상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 제공될 수 있다.
복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화될 수 있다.
상기 제1 전원부는 상기 중앙 제어영역과 상기 가장자리 제어영역에 각각 독립적으로 전력을 공급하고, 상기 제2 전원부는 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 다각형 형상을 가질 수 있다.
상기 레이저 셀은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저를 포함할 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각의 가장자리를 감싸서 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사하는 반사기부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치는 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부와 대향하여 제공되며, 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하여 상기 기판을 가열하는 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록;을 포함할 수 있다.
상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어, 상기 기판의 온도를 측정하는 고온계;를 더 포함할 수 있다.
상기 고온계는 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다.
복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 각 상기 제어영역을 제어하는 가열 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법은 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공하는 과정; 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정; 및 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 과정;을 포함하고, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 제어되는 복수의 제어영역으로 분할될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되며, 상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할되고, 상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 상기 제1 레이저 모듈로부터 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 거리가 상이하게 배치될 수 있다.
복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공되고, 상기 그룹화하여 제어하는 과정에서는 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 히터 블록은 제1 및 제2 전원부를 통해 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 서로 독립적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 위치별로 구분하여 가열 온도를 조절할 수 있고, 기판 등의 가열 대상물에 대한 가열 균일도(heating uniformity)를 개선할 수 있다. 또한, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 서로 독립적으로 제어함으로써, 제어영역을 세분화할 수 있으며, 가열 대상물에 대한 가열 균일도가 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 간에 제어영역의 분할 형태를 동심 분할과 방사형 분할로 상이하게 함으로써, 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 세분화하여 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다. 이때, 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치되는 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 배치하여 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화함으로써, 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 효율적으로 제어할 수 있고, 가열을 통한 가열 대상물의 온도 균일도(temperature uniformity)가 향상될 수 있다.
또한, 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)를 사용함으로써, 에너지 효율이 높아 종래의 할로겐 램프(halogen lamp) 대비 소비 전력을 낮출 수 있고, 빛의 직진성 및 특정 파장 방출이 용이하여 효과적으로 광 특성을 제어할 수 있다.
그리고 본 발명의 히터 블록을 포함하는 기판 가열장치는 고온계(pyrometer)에 의해 측정된 온도를 이용하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 가열 온도를 제어함으로써, 공정 중 기판의 온도 균일도를 개선할 수 있다. 특히, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 제어영역이 세분화됨으로써, 기판의 온도 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 이때, 고온계를 복수개로 구성하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공하고, 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 제어함으로써, 복수개의 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 우수한 기판의 온도 균일도 등의 공정 특성이 향상될 수 있다.
한편, 히터 블록의 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용하는 경우에는 고온계의 측정 파장 대역과 상이한 주발광 파장 대역의 레이저를 조사함으로써, 600 ℃ 이하의 저온 영역에서도 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 기판의 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 기판의 온도 균일도를 확보하여 기판의 파손을 방지할 수 있고, 600 ℃ 이하 저온 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록을 나타내는 개략단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 분할을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 배열을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사기부를 나타내는 그림.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치를 나타내는 개략단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온계의 배열을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법을 나타낸 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록을 나타내는 개략단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록(heater block, 100)은 복수의 레이저 셀(10)을 갖는 제1 레이저 모듈(110); 복수의 레이저 셀(10)을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈(120); 및 상기 제1 레이저 모듈(110)과 상기 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부(130, 140);를 포함할 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)은 복수의 레이저 셀(10)을 가질 수 있으며, 가열(heating)을 위한 광에너지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙(부)에 제공(또는 위치)될 수 있고, 복수의 레이저 셀(10)이 2차원적으로 배열되어 어레이(array)를 이룰 수 있다. 여기서, 복수의 레이저 셀(10)은 반도체 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 하나의 칩(chip) 형태로 형성될 수도 있고, 복수의 칩을 실장하여 형성할 수도 있다.
제2 레이저 모듈(120)은 복수의 레이저 셀(10)을 가질 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 같이 가열을 위한 광에너지를 제공할 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 모듈(120)에도 복수의 레이저 셀(10)이 2차원적으로 배열되어 어레이를 이룰 수 있으며, 반도체 레이저 다이오드 등으로 구성된 복수의 레이저 셀(10)이 하나의 칩 형태로 형성될 수도 있고, 복수의 칩을 실장하여 형성할 수도 있다. 이때, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)과 동일한 레이저 셀(10)을 가질 수 있고, 레이저 셀(10)의 수와 복수의 레이저 셀(10)의 배열(형태)이 제1 레이저 모듈(110)과 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 가열을 위해 효과적으로 광에너지를 제공할 수 있으면 족하다.
여기서, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공될 수 있으며, 히터 블록(100)의 중앙에 제공된 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공되어 히터 블록(100)의 가장자리(부)에 위치될 수 있다.
한편, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 형태는 사각형,육각형 등의 다각형, 원형, 타원형, 원호형 등으로 다양할 수 있다.
제1 및 제2 전원부(130, 140)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있으며, 제1 전원부(130)는 제1 레이저 모듈(110)에 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원부(140)는 제2 레이저 모듈(120)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 각각 독립적인 전원(부)을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙에 제공되어 기판(50) 등 가열 대상물의 중앙(부)을 (주로) 가열할 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)은 히터 블록(100)의 가장자리에 제공되어 상기 가열 대상물의 가장자리(부)를 (주로) 가열할 수 있다. 이때, 상기 가열 대상물의 중앙부는 제2 레이저 모듈(120)에 의해 가열이 이루어지는 가장자리부로 둘려있어 열 손실이 (거의) 없지만, 상기 가열 대상물의 가장자리부는 외곽이 진공 또는 공기중에 노출되어 열 손실이 발생할 수 있다. 이로 인해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 동일한 가열 온도로 제어하여 상기 가열 대상물을 가열하는 경우에는 상기 가열 대상물의 가장자리부 온도가 상기 가열 대상물의 중앙부 온도보다 낮게 나타날 수 있고, 상기 가열 대상물의 중앙부와 가장자리부 간에 온도 불균일이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 전원부(130)와 제2 전원부(140)를 통해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급하여 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 서로 독립적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 가열 온도를 조절하여 상기 가열 대상물의 중앙부와 가장자리부를 각각 (독립적으로) 가열할 수 있고, 기판(50) 등의 상기 가열 대상물에 대한 가열 균일도(heating uniformity)를 개선할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 분할을 나타낸 단면도로, 도 2(a)는 제1 레이저 모듈의 분할을 나타내며, 도 2(b)는 제2 레이저 모듈의 제1 형태의 분할을 나타내고, 도 2(c)는 제2 레이저 모듈의 제2 형태의 분할을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)은 전력이 공급되는 입력단자(11,12)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 각각 구성되는 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할될 수 있고, 복수의 제어영역(110a와 110b or 120a와 120b)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)은 외부에서(즉, 상기 제1 전원부 및/또는 상기 제2 전원부로부터) 전력이 공급되는 복수의 (외부) 입력단자(11,12)를 포함할 수 있으며, 복수의 입력단자(11,12) 중 동일한 입력단자(11,12)를 공유하는 레이저 셀(10)(들)끼리 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할될 수 있고, 어느 하나의 제어영역(110a or 110b 및/또는 120a or 120b)의 레이저 셀(10)(들)과 다른 하나의 제어영역(110b or 110a 및/또는 120b or 120a)의 레이저 셀(10)(들)은 서로 다른 입력단자(11,12)에 전기적으로 연결(또는 접속)될 수 있다.
즉, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)은 서로 다른 입력단자(11,12)를 각각 갖는 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할될 수 있고, 각 제어영역(110a,110b,120a,120b) 내의 레이저 셀(10)(들)은 동일한 입력단자(11,12)를 공유할 수 있다. 이에, 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)은 각각의 입력단자(11 or 12)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 각각 구성될 수 있으며, 어느 입력단자(11 or 12)에 전력이 공급되는지에 따라 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
이때, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 제어영역(110a,110b,120a,120b)의 수가 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있으며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 어느 하나의 레이저 모듈(110 or 120)만 분할되어, 분할된 레이저 모듈(110 or 120)은 2개 이상의 제어영역(110a와 110b or 120a와 120b)을 갖고, 분할되지 않은 레이저 모듈(120 or 110)은 레이저 모듈(120 or 110) 전체가 제어영역으로서 단일의 제어영역(120a or 110a)을 가질 수 있다.
여기서, 입력단자(11,12)는 + (전극)단자(11)와 - (전극)단자(12)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 제어영역(110a or 110b or 120a or 120b)은 제1 + 단자(11a)와 제1 - 단자(12a)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 구성될 수 있고, 다른 하나의 제어영역(110b or 120a or 120b or 110a)은 제2 + 단자(11b)와 제2 - 단자(12b)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 구성될 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)을 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할하여 서로 독립적으로 제어함으로써, 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 세분화할 수 있으며, 상기 가열 대상물에 대한 가열 균일도가 더욱 향상될 수 있다.
이때, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 제어영역(110a,110b,120a,120b)의 분할 형태가 상이할 수 있으며, 상기 분할 형태에는 분할되지 않는 것도 포함될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 어느 하나는 분할되고 다른 하나는 분할되지 않는 것도 분할 형태가 상이한 것일 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 모두 분할되는 경우에는 제1 레이저 모듈(110)이 동심 분할되고, 제2 레이저 모듈(120)이 방사형 분할될 수 있다. 여기서, 상기 동심 분할은 분할 대상(예를 들어, 상기 제1 레이저 모듈)의 중심을 동심(즉, 동일한 중심)으로 상기 분할 대상의 형상과 동일한 가상의 도형을 이루는 상기 분할 대상의 테두리와 평행한 선(들)을 기준으로 내측과 외측을 분할하는 것을 말하고, 상기 방사형 분할은 분할 대상(예를 들어, 상기 제2 레이저 모듈)의 중심을 지나 상기 분할 대상의 테두리와 만나는 선(들)을 기준으로 상기 테두리와 만나는 선(들)의 양측을 분할하는 것을 말한다. 이때, 제2 레이저 모듈(120)이 원형인 경우에는 원의 (반)지름을 기준으로 양측을 분할할 수 있으며, 제2 레이저 모듈(120)이 각의 개수가 짝수인 다각형인 경우에는 변(의 중심)과 변(의 중심)을 연결한(또는 잇는) 선 또는 꼭지점과 꼭지점을 연결한 선을 기준으로 양측을 분할할 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)이 각의 개수가 홀수인 다각형인 경우에는 꼭지점과 변의 중심을 연결하는 선을 기준으로 양측을 분할할 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙에 제공되어 동심 분할될 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)은 히터 블록(100)의 가장자리에 제공되어 방사형 분할될 수 있으며, 이를 통해 히터 블록(100)의 중심으로부터의 거리에 따라 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 세분화하여 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)별로 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 간에 제어영역(110a,110b,120a,120b)의 분할 형태를 동심 분할과 방사형 분할로 상이하게 함으로써, 히터 블록(100)의 중심으로부터 반경방향으로 세분화하여 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 배열을 나타낸 단면도로, 도 3(a)는 제1 레이저 모듈만 분할된 제1 실시예를 나타내고, 도 3(b)는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 모두 분할된 제2 실시예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제2 레이저 모듈(120)은 복수개로 구성되어 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 배치될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 따라 제1 레이저 모듈(110)을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙(또는 중심)에 하나만 배치될 수 있고, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 감싸도록 히터 블록(100)의 가장자리에 배치될 수 있다. 이때, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)을 한 겹(shell)만 감쌀 수도 있으나, 상기 가열 대상물 및/또는 히터 블록(100)의 크기와 형태에 따라서 도 3과 같이 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심(원)을 이루는 이중 쉘(shell), 삼중 쉘 등 다중으로 감싸는 형태로 제공될 수도 있다. 이를 통해 히터 블록(100)의 중심으로부터 반경방향으로 제어영역(110a,110b,120a,120b)이 세분화될 수 있다. 한편, 제2 전원부(140)는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수도 있고, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)에 공통으로 전력을 공급할 수도 있으며, 전원공급부를 복수개로 구성할 수도 있고, 하나의 전원공급부에서 분배하여 복수개의 제2 레이저 모듈(120)에 전력을 공급할 수도 있다.
여기서, 제1 레이저 모듈(110)은 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)으로 분할될 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)으로 이등 분할될 수 있다. 제1 레이저 모듈(110)은 동심 분할되어 도 2(a)와 같이 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)으로 분할될 수 있으며, 중앙 제어영역(110a)은 내측에 제공되어 히터 블록(100)의 중심에 위치할 수 있고, 가장자리 제어영역(110b)은 중앙 제어영역(110a)의 외측에 제공될 수 있다. 이에 따라 제1 레이저 모듈(110) 내에서도 히터 블록(100)의 중심으로부터 반경방향으로 제어영역(110a,110b)이 세분화될 수 있다.
제2 레이저 모듈(120)은 방사형 분할로 양분되어 대칭적인 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)으로 이등 분할될 수 있으며, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 대칭될 수 있고, 모양과 면적 및 레이저 셀(10)의 수가 동일할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 모듈(120)의 형상이 육각형인 경우에는 도 2(b)와 같이 꼭지점과 꼭지점을 연결한 선을 기준으로 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)이 양분될 수도 있고, 도 2(c)와 같이 변과 변을 연결한 선을 기준으로 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)이 양분될 수도 있다. 한편, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 도 2(c)와 같이 변의 중심과 변의 중심을 연결한 선을 기준으로 분할(또는 양분)될 수도 있으나, 변의 중심과 변의 중심을 연결한 선과 소정 각도를 이루도록 기울어진 변과 변을 연결한 선을 기준으로 분할될 수도 있다.
이때, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 도 3(b)와 같이 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리가 상이하게 제공될 수 있으며, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b) 중 어느 하나의 제어영역(120a or 120b)은 제1 레이저 모듈(110)과 가깝게 제공될 수 있고, 다른 하나의 제어영역(120b or 120a)은 제1 레이저 모듈(110)과 멀게 제공될 수 있다.
예를 들어, 제1 제어영역(120a)이 제1 레이저 모듈(110)을 향하여 제1 레이저 모듈(110)과 가깝게 위치되고, 제2 제어영역(120b)은 제1 레이저 모듈(110)로부터 상대적으로 멀게 (반경방향) 외측을 향하여 위치되도록 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 각각 배치될 수 있다. 이때, 제1 제어영역(120a)이 제1 레이저 모듈(110)의 중심을 향하도록 제2 레이저 모듈(120)의 (배치) 위치별로 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 하는 (동심)원의 접선과 평행한 제2 레이저 모듈(120)의 중심을 지나는 선을 기준으로 각 제2 레이저 모듈(120)을 양분(또는 이등 분할)할 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 제1 제어영역(120a)이 제1 레이저 모듈(110)을 향하게 제2 레이저 모듈(120)을 배치할 수 있도록 제2 레이저 모듈(120)을 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)으로 분할할 수 있으면 족하다.
한편, 제1 전원부(130)는 중앙 제어영역(110a)에 전력을 공급하는 중앙 전원공급부(130a) 및 가장자리 제어영역(110b)에 전력을 공급하는 가장자리 전원공급부(130b)를 포함할 수 있고, 제2 전원부(140)는 제1 제어영역(120a)에 전력을 공급하는 제1 전원공급부(140a) 및 제2 제어영역(120b)에 전력을 공급하는 제2 전원공급부(140b)를 포함할 수 있다. 중앙 전원공급부(130a)는 중앙 제어영역(110a)에 전력을 공급할 수 있고, 가장자리 전원공급부(130b)는 가장자리 제어영역(110b)에 전력을 공급할 수 있으며, 이를 통해 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)이 각각 독립적인 전원(공급부)을 가짐으로써, 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
그리고 제1 전원공급부(140a)는 제1 제어영역(120a)에 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원공급부(140b)는 제2 제어영역(120b)에 전력을 공급할 수 있으며, 이를 통해 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)이 각각 독립적인 전원(공급부)을 가짐으로써, 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 이때, 제1 전원공급부(140a)는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a) 각각에 전력을 공급할 수 있으며, 각 제1 제어영역(120a)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수도 있고, 2개 이상의 제1 제어영역(120a)을 그룹화하여 각 그룹의 2개 이상의 제1 제어영역(120a)에 공통으로 전력을 공급할 수도 있다. 또한, 제2 전원공급부(140b)는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제2 제어영역(120b) 각각에 전력을 공급할 수 있으며, 각 제2 제어영역(120b)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수도 있고, 2개 이상의 제2 제어영역(120b)을 그룹화하여 각 그룹의 2개 이상의 제2 제어영역(120b)에 공통으로 전력을 공급할 수도 있다.
여기서, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 각각 그룹화될 수 있고, 각 그룹별로 (동시에) 제어될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 2개 이상씩(또는 2개 이상의 상기 제1 제어영역씩 및 2개 이상의 상기 제2 제어영역씩) 그룹화되어 제1 레이저 모듈(110)로부터 거리가 상이한 (복수(개)의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의) 그룹별로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)로부터 동일하거나 비슷한(또는 유사한) 거리에 있는 복수(개)의 제1 제어영역(120a)끼리 그룹화될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)로부터 동일하거나 비슷한 거리에 있는 복수(개)의 제2 제어영역(120b)끼리 그룹화될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, (반경이) 동일한 동심원이 지나는(또는 횡단하는) 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있다. 이때, 각 그룹을 이루는 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리는 (전기적으로) 연결될 수 있다.
예를 들어, 동일한 쉘의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 그룹화할 수 있고, 동일한 쉘의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화할 수 있다. 즉, 제1 쉘(또는 겹)의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있고, 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)을 감싸는 제2 레이저 모듈(120)의 겹(또는 쉘)의 수에 따라 n중 쉘(까지)의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있다.
한편, 제2 레이저 모듈(120)이 분할되지 않는 경우에는 제1 레이저 모듈(110)로부터 동일하거나 비슷한 거리에 있는 2개 이상의 제2 레이저 모듈(120)끼리 그룹화될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, 동일한 동심원이 지나는 제2 레이저 모듈(120)(들)끼리 그룹화될 수도 있다.
그리고 제1 전원부(130)는 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원부(140)는 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있다. 제1 전원부(130)는 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있으며, 제1 전원부(130)의 중앙 전원공급부(130a)가 중앙 제어영역(110a)에 전력을 공급하고, 제1 전원부(130)의 가장자리 전원공급부(130b)가 가장자리 제어영역(110b)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
제2 전원부(140)는 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있으며, 제2 전원부(140)의 제1 전원공급부(140a)가 제1 제어영역(120a)의 그룹에 전력을 공급하고, 제2 전원부(140)의 제2 전원공급부(140b)가 제2 제어영역(120b)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹을 각각 독립적으로 제어할 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)로부터 거리가 상이한 복수의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)의 그룹별로 가열 온도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 제어영역(120a)과 복수의 제2 제어영역(120b)은 각각 그룹별로 전기적인 연결이 이루어질 수 있으며, 제1 전원공급부(140a)는 복수개로 구성되어 제1 제어영역(120a)의 각 그룹에 각각 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원공급부(140b)도 복수개로 구성되어 제2 제어영역(120b)의 각 그룹에 각각 전력을 공급할 수 있다. 한편, 제1 전원공급부(140a)는 하나의 제1 전원공급부(140a)에서 분배하여 제1 제어영역(120a)의 각 그룹에 각각 전력을 공급하고, 제2 전원공급부(140b)도 하나의 제2 전원공급부(140b)에서 분배하여 제1 제어영역(120a)의 각 그룹에 각각 전력을 공급할 수도 있으며, 각 분배라인별로 스위칭 수단(미도시)을 마련하여 각 그룹별로 제어할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 따라 제1 레이저 모듈(110)을 감싸도록 배치되는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)을 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리가 상이하게 배치하여 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)을 각각 그룹화함으로써, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, 동일한 동심원이 지나는 그룹별로 복수의 제1 제어영역(120a)과 복수의 제2 제어영역(120b)을(즉, 상기 제1 제어영역의 (각) 그룹과 상기 제2 제어영역의 (각) 그룹을) 효율적으로(또는 효과적으로) 제어할 수 있고, 가열을 통한 상기 가열 대상물의 온도 균일도(temperature uniformity)가 향상될 수 있다.
여기서, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 다각형 형상을 가질 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리가 다각형 형태를 이룰 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)의 각 변에 제2 레이저 모듈(120)이 각각 제공될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)의 변과 제2 레이저 모듈(120)의 변이 평행하게 배치될 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 상기 가열 대상물(예를 들어, 기판)의 크기와 형태에 따라서 다양하게 배열되어 히터 블록(100) 중 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 제공 면적이 확장될 필요가 있다. 또한, 반사기부(150) 등으로 인해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 사이 및/또는 복수개의 제2 레이저 모듈(120) 간에 이격 공간이 발생되는 경우에는 상기 이격 공간에서 빛의 발광(즉, 레이저의 조사)이 없으므로, 상기 이격 공간은 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)이 배치된 부분과는 상이한 발광 상태와 온도 분포를 나타낼 수 밖에 없다. 이에, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 사이 및/또는 복수개의 제2 레이저 모듈(120) 간에 상기 이격 공간(또는 이격거리)을 2차원적으로 일정하게 유지할 필요가 있으며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 다각형 형상을 갖는 경우에는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 각 변을 평행하게 인접하도록 2차원적으로 배열하여 히터 블록(100)의 전체 (발광)면에서(또는 상기 히터 블럭에 전체적으로) 균일한 상기 이격 공간을 확보할 수 있다. 한편, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 원형 형상을 갖게 되면, 2차원적으로 배열하는 경우에 방향에 따라서 서로 상이한 이격거리(또는 이격 공간)를 나타낼 수 밖에 없다.
또한, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 동일한 형상(또는 형태)을 가질 수 있으며, 상기 가열 대상물의 형태와 크기에 따라서 확장될 필요가 있는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각이 동일한 형상를 갖고 있어야 간단히 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)을 평면상으로 배열(또는 조립)하는 것에 의해서 면상의 가열체(즉, 상기 히터 블록)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 육각형 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 변끼리 평행하게 인접하도록 제1 레이저 모듈(110)의 각 변에 하나의 제2 레이저 모듈(120)씩 각각 배치될 수 있다. 상기 가열 대상물이 웨이퍼 등 원형의 기판(50)인 경우에는 기판(50)의 형태에 따라 히터 블록(100)이 원형 형상일 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 배열(형태)의 외곽도 원형에 근사하게 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)가 배열되는 것이 상기 가열 대상물의 온도 균일성 측면에서 바람직하며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리를 육각형으로 하는 경우에는 전체적으로 상기 이격 공간을 균일하게 유지하면서 상기 가열 대상물의 크기와 형태에 맞추어 용이하게 확장이 가능할 수 있다. 이때, 4 인치(in) 웨이퍼에 대응하는 히터 블록(100)은 육각형의 제1 레이저 모듈(110) 1개와 제1 레이저 모듈(110)의 각 변에 배치되는 육각형의 제2 레이저 모듈(120) 6개로 구성할 수 있으며, 12 인치(in) 웨이퍼에 대응하는 히터 블록(100)은 육각형의 제1 레이저 모듈(110) 1개와 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 배치되는 육각형의 제2 레이저 모듈(120) 60개로 구성할 수 있고, 60개의 제2 레이저 모듈(120)은 6개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 제1 쉘, 12개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 이중 쉘, 18개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 삼중 쉘, 24개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 4중 쉘로 구성되는 4중으로 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 감쌀 수 있다.
한편, 육각형의 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 배열되어 이루어지는 허니컴(honeycomb) 구조는 (각의 수와 동일한) 최소한(또는 최소 개수)의 제2 레이저 모듈(120)로 제1 레이저 모듈(110)의 꼭지점을 포함하여 제1 레이저 모듈(110)의 전체 둘레를 두를(또는 감쌀) 수 있으며, 이에 따라 제2 레이저 모듈(120)의 수를 최소한으로 줄일 수 있으면서 (단위면적당) 레이저 셀(10)의 (평균)밀도가 높아질 수 있고, 히터 블록(100)의 생산단가(또는 제조단가)를 낮추면서 발광 효율(또는 가열 효율)을 높일 수도 있다.
반면에, 육각형보다 각의 수가 적은 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다각형은 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 각 변을 평행하게 복수개의 제2 레이저 모듈(120)을 배치하는 경우에 각 꼭지점이 비게되어 꼭지점까지 감싸기(또는 두르기) 위해서는 변의 수에 꼭지점의 수를 더한 수(또는 각의 수의 2배)의 제2 레이저 모듈(120)이 필요하게 되고, 육각형보다 각의 수가 많은 다각형은 각의 수와 동일한 제2 레이저 모듈(120)로 제1 레이저 모듈(110)의 전체 둘레를 두르더라도 육각형의 제1 레이저 모듈(110)을 두르는 제2 레이저 모듈(120)의 수보다 많게 된다. 예를 들어, 사각형의 제1 레이저 모듈(110)을 꼭지점까지 감싸기 위해 사각형의 제2 레이저 모듈(120) 8개가 필요하게 되고, 오각형의 제1 레이저 모듈(110)을 꼭지점까지 감싸기 위해 오각형의 제2 레이저 모듈(120) 10개가 필요하게 되며, 삼각형의 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 경우에는 각의 수의 2배가 6개로 육각형의 제1 레이저 모듈(110)을 두르는 제2 레이저 모듈(120)의 수와 갖지만, 6개의 제2 레이저 모듈(120)만으로 삼각형의 제1 레이저 모듈(110)의 꼭지점까지 감싸기 위해서는 제2 레이저 모듈(120)의 배열이 규칙적이지 않게 되고, 각 제2 레이저 모듈(120)의 변 간에는 (대부분) 인접하지 않게 된다. 이러한 경우, 레이저 셀(10)의 밀도가 높아질 수 없고, 발광 효율이 저하된다.
하지만, 육각형의 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 배열되어 이루어지는 허니컴 구조에서는 6개의 제2 레이저 모듈(120)만으로도 제2 레이저 모듈(120)의 배열이 규칙적일 수 있고, 각 제2 레이저 모듈(120)의 변 간에도 인접할 수 있으며, 이에 따라 레이저 셀(10)의 밀도가 높아질 수 있고, 발광 효율이 향상될 수 있다.
그리고 레이저 셀(10)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)를 포함할 수 있다.
레이저 셀(10)에 사용되는 반도체 레이저 다이오드는 광방출 방식에 따라 크게 측면 방출 레이저(Edge-Emitting Laser; EEL)와 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)로 나뉠 수 있다. 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 기존의 DFB LD(Distributed Feedback Laser Diode)나 FP LD(Fabri-Perot Laser Diode)와 같은 측면 방출 레이저와 달리 기판(50) 등의 상기 가열 대상물에 수직한 방향으로 레이저 빔이 방출되는 구조를 갖는다. 상기 가열 대상물에 수직한 방향으로 레이저 빔이 방출되므로, 원형 대칭(circular symmetry)인 분포를 지니고 있어 광균일도가 상기 측면 방출 레이저에 비해서 우수하고, 한 장의 실리콘 웨이퍼(또는 원형의 기판)을 통째로 사용하는 웨이퍼 규모(wafer scale)의 공정 및 제작이 가능하여 저가의 레이저 제작이 가능하다. 또한, 공진 거리는 매우 짧게 만들어지므로, 임계 전류는 감소하고, 전체 출력은 감소할 수 있다.
특히, 기판 가열장치(200)에서 가열용 광원으로 사용되기 위해서는 넓은 면적을 갖는 면광원 형태를 이루어여 하는데, 이를 위해서는 레이저 셀(10)이 이차원 어레이형의 병렬 광원으로 제작될 필요가 있다. 상기 측면 방출 레이저의 경우는 기판에 적층된 구조물의 측면을 통해서 발광되므로, 레이저 셀(10)을 이차원 어레이형의 병렬 광원으로 제작하기 어려운 반면에, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 기판 상 적층된 구조물을 원하는 구조로 형성하면 되므로, 원하는 형태로 이차원 어레이형의 병렬 광원으로 매우 용이하게 제작될 수 있다.
또한, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 광원의 조사 각도가 발광면의 수직한 방향에 대해서 20 내지 25° 정도로 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 갖는 30 내지 40°의 조사 각도에 비해서 매우 좁아서 빛의 직진성이 좋다. 이로 인해, 고출력 및 고정밀도의 광을 상기 가열 대상물 상에 조사할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 광을 방출할 수 있는 이차원 어레이형의 병렬 광원이 가능할 수 있다.
예를 들어, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 수직으로 레이저 빔을 방출하기 위하여 기판 상에 거울층, 활성층 및 거울층의 순서로 적층되어 구성될 수 있다. 여기서, 850 ㎚ 대역의 단파장의 경우, 상기 기판으로는 갈륨비소(GaAs)를 사용할 수 있으며, 상기 거울층은 갈륨비소(GaAs)에 격자 정합된 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)의 알루미늄(Al) 조성 변화를 통하여 낮은 굴절율과 높은 굴절율이 교대로 성장된 분배 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector; DBR)를 사용할 수 있고, 상기 활성층은 원하는 파장의 빛을 생성하기 위한 갈륨비소(GaAs) 다중 양자 우물 구조를 (주로) 사용할 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 상기 가열 대상물인 기판(50)을 균일하게 가열하기 위하여 발광면과 기판(50) 사이의 간격이 일정할 수 있도록 서로 평행하게 제공되는 것이 바람직하므로, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 기판(50)의 크기에 대응하는 크기를 갖는 면광원으로 구성될 필요가 있다. 이를 위하여 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 포함하는 레이저 셀(10)이 이차원 어레이로 배열된 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 제2 레이저 모듈(120)이 배치될 수 있으며, 제2 레이저 모듈(120)은 기판(50)의 크기에 대응하도록 복수개가 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 레이저 셀(10)에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용함으로써, 에너지 효율이 높아 종래의 할로겐 램프(halogen lamp) 대비 소비 전력을 낮출 수 있고, 빛의 직진성 및 특정 파장 방출이 용이하여 효과적으로 광 특성을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사기부를 나타내는 그림으로, 도 4(a)는 반사기부의 사시도를 나타내고, 도 4(b)는 반사기부를 A-A´를 따라 자른 단면도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리를 감싸서 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사하는 반사기부(150);를 더 포함할 수 있다.
반사기부(150)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리를 감싸서 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사할 수 있으며, 상기 방출되는 빛의 적어도 일부를 상기 가열 대상물을 향하여 반사시킬 수 있다.
레이저 셀(10)은 빛의 직진성이 발광 다이오드(LED)보다는 우수하지만, 발광면에 대해서 완전히 수직하게 광을 방출하지는 못하고, 20 내지 25°의 조사 각도를 가지므로, 레이저 셀(10)에서 발광되는 빛 중에서 일부는 고각으로 상기 가열 대상물에 입사하지 못하게 되는 경우가 발생하게 된다. 이에, 반사기부(150)를 사용하여 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 발광되는 빛 중에서 확산되는 빛(들)을 반사하여 상기 가열 대상물로 향하게 함으로써, 광효율을 극대화할 수 있다.
예를 들어, 반사기부(150)은 판상 형태로 형성될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 각각 삽입되어 장착될 수 있는 오목부 또는 관통부를 구비할 수 있으며, 상기 오목부 또는 관통부를 정의하고 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 발광면에 대해서 경사를 이루는 측면부 및 상기 측면부와 연결되고 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 발광면과 평행한 정면부를 포함할 수 있다. 반사기부(150)의 측면부는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 발광되어 확산되는 광(들)을 상기 가열 대상물을 향하게 반사하는 경사반사면(151)을 이룰 수 있고, 반사기(150)의 정면부는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 발광된 광(들) 중에서 일부가 상기 가열 대상물에 반사되어 다시 히터 블록(100)(쪽)으로 입사하는 광(들)을 다시 상기 가열 대상물 쪽으로 반사하는 정면반사면(152)을 이룰 수 있다. 이때, 경사반사면(151)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 발광면에 대해서 80 내지 90°의 경사각을 이루도록 제공될 수 있다.
레이저 셀(10)은 발광면에 수직한 방향에 대해서 20 내지 25°의 조사 각도(또는 방사 각도)를 가지므로, 경사반사면(151)의 경사각이 발광면에 대해서 80 내지 90°를 이루어야 효과적으로 확산되는 빛을 상기 가열 대상물을 향하여 반사시킬 수 있다. 20 내지 25°의 조사 각도를 갖는 빛은 80 내지 90°의 경사각을 갖는 경사반사면(151)에 비스듬하게 입사하여 반사됨으로써, 상기 가열 대상물에는 포커싱되어 고각으로 입사될 수 있다. 반면에, 발광면에 수직한 방향에 대해서 30 내지 40°의 조사 각도를 갖는 발광 다이오드(LED)의 경우는 경사반사면(151)에 고각으로 입사해서 반사되므로, 상기 가열 대상물에는 낮은 각도로 비스듬하게 입사하게 됨으로 인해 다시 반사하게 되어서 효율적으로 상기 가열 대상물로 광에너지가 전달되지 못할 수 있다.
경사반사면(151)이 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 발광면에 대해서 80°보다 낮은 경사각을 이루면, 광 직진성이 좋은 레이저 셀(10)로부터 발광된 빛이 경사반사면(151)에 조사되지 못하고, 그대로 상기 가열 대상물로 향하게 되어 상기 가열 대상물에 고각으로 입사하지 못하게 됨으로써, 광균일도가 저하될 수 있다. 반면에, 경사반사면(151)이 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 발광면에 대해서 90°보다 높은 경사각을 이루면, 경사반사면(151)이 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)을 대향하므로, 반사된 빛이 다시 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)을 향하게 됨으로써, 광손실이 발생되는 문제점이 생긴다.
한편, 경사반사면(151) 및/또는 정면반사면(152)에는 반사 효율을 더욱 높이기 위해서 금속 반사막이 코팅될 수 있다. 반사기부(150)의 몸체부는 열전도성이 좋으면서 기계적 강도가 좋은 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있으며, 경사반사면(151) 및/또는 정면반사면(152)은 폴리싱을 통해서 거울면을 형성할 수도 있으나, 폴리싱을 통해서는 난반사를 일으키는 표면에 미세 구조가 여전히 존재할 수도 있으므로, 상기 금속 반사막을 코팅하여 더욱 반사효율을 높일 수 있다. 상기 금속 반사막은 금(Au), 알루미늄(Al) 등일 수 있으나, 재료에 특별히 한정될 필요는 없으며, 고온에서 안정적이고 거울 반사를 시키는 금속 재료로 이루어지면 족하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치를 나타내는 개략단면도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록과 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치(200)는 기판(50)을 지지하는 기판 지지부(210); 및 상기 기판 지지부(210)와 대향하여 제공되며, 상기 기판(50)의 제1 면에 빛을 조사하여 상기 기판(50)을 가열하는 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록(100);을 포함할 수 있다.
기판 지지부(210)는 기판(50)을 지지할 수 있으며, 기판(50) 하부의 가장자리(Edge)를 지지하도록 구성될 수 있고, 이에 따라 기판(50)의 하부면 중 기판 지지부(210)와 접촉하지 않는 부분(또는 영역)이 노출될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(210)는 중심부가 개방되어 중공형으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 기판 지지부(210) 상에 기판(50)이 안착되는 경우에 기판(50)의 하부면에서 가장자리 부분은 기판 지지부(210)와 접촉하고, 나머지 부분은 하부로 노출될 수 있다.
히터 블록(100)은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록(100)일 수 있으며, 기판 지지부(210)와 대향하여 제공될 수 있고, 기판(50)의 제1 면(예를 들어, 상부면)에 빛(즉, 레이저)을 조사하여 기판(50)을 가열할 수 있다.
여기서, 히터 블록(100)은 기판(50)에 열에너지를 공급하는 역할을 하며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 기판(50)의 제1 면을 향하여 빛을 조사할 수 있고, 기판 지지부(210)의 상측에 이격되어 배치됨으로써, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 발생시키는 광에너지가 기판 지지부(210)에 안착된 기판(50)의 제1 면을 통해 제공되어 기판(50)을 가열할 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 기판(50)을 가열하기 위한 광에너지를 제공할 수 있으며, 복수개의 장착홈 각각에 설치될 수 있다. 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 상호 이격되어 배치될 수도 있으며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 배열구조 및 설치구조는 기판(50)의 형상과 크기 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 상에 제공되는 윈도우(미도시)를 더 포함할 수 있다. 윈도우(미도시)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 상에 제공되어 제1 레이저 모듈(110) 및 제2 레이저 모듈(120)과 기판(50)의 사이에 위치할 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에서 발생하는 광에너지가 기판(50)으로 제공될 수 있도록 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에서 발광된 빛을 투과시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 기판(50)을 열처리하거나, 기판(50) 상에 박막을 형성하는 등의 다양한 공정을 위해 기판(50)을 가열할 수 있다. 예를들어, 기판 가열장치(200)는 고온의 열을 발생시켜 기판(50)을 급속으로 열처리하는 급속 열처리(Rapid Thermal Process; RTP) 장치일 수 있으며, 기판(50)은 반도체 장치에 사용되는 실리콘 웨이퍼(Wafer)일 수도 있고, 열처리가 필요한 다양한 피처리물(예를 들어, LCD, OLED 등의 디스플레이 장치에 적용되는 글라스(Glass) 등)일 수도 있다.
이때, 본 발명의 기판 가열장치(200)는 내부 공간을 갖는 챔버(240)를 더 포함할 수 있으며, 챔버(240)는 내부 공간을 가져 외부 공간과 분리되는 공정 공간을 제공할 수 있고, 박스 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버(240)의 내부 공간에는 기판(50)을 지지할 수 있도록 기판 지지부(210)가 설치될 수 있고, 챔버(240)의 일측에는 기판(50)이 출입할 수 있는 출입구가 구비될 수 있으며, 상기 출입구를 통해 챔버(240)의 내부 공간으로 기판(50)을 반입하여 공정을 수행할 수 있고, 공정이 완료된 후에 상기 출입구를 통해 챔버(240)의 내부 공간에서 챔버(240)의 외부로 기판(50)을 반출할 수 있다. 필요에 따라서, 챔버(240)의 내부 공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급부(미도시) 및/또는 상기 공정가스를 활성화하는 플라즈마 발생부(미도시) 등이 연결될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온계의 배열을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 상기 제1 면에 대향하는 기판(50)의 제2 면 측에 제공되어, 기판(50)의 온도를 측정하는 고온계(pyrometer, 220);를 더 포함할 수 있다.
고온계(220)는 상기 제1 면에 대향하는 기판(50)의 제2 면(예를 들어, 하부면) 측(예를 들어, 상기 기판의 하측)에 제공되어, 기판(50)의 온도를 측정할 수 있으며, 기판(50)으로부터 입사하는 빛을 검출하여 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 고온계(220)는 기판(50)으로부터 입사하는 복사광을 입력받아 복사광의 복사 에너지(또는 광량)을 측정할 수 있으며, 기판 지지부(210) 상에 안착된 기판(50)의 하측에 배치되어, 마주보는 부분에서의 복사 에너지와 반사율을 획득하여 (각) 고온계(220)가 대응하는 위치에서의 기판(50)의 위치별(또는 부분별) 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 고온계(220)가 물체에서 방출되는 빛을 이용하여 온도를 측정하는 것은 흑체 복사 이론식을 이용하며, 그 과정은 널리 알려진 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일반적으로, 고온계(220)는 0.9 내지 1 ㎛의 파장 대역을 이용하여 온도를 측정하고, 그 측정 (온도) 영역은 400 내지 1,150 ℃ 정도이며, 0.9 내지 1 ㎛ 파장 대역의 빛에 대한 기판(50)의 광 투과도(transmittance)는 기판(50)의 온도에 의존하는 특성을 가진다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 경우는 600 ℃ 이하의 온도에서는 반투명 상태의 광 투과도를 가지며, 실리콘 웨이퍼는 물질 특정상 저온 영역에서 빛을 투과하는 특성이 있고, 이로 인하여 기판(50)의 온도가 600 ℃ 이하의 저온일 경우에는 0.4 내지 6 ㎛ 방사 파장을 갖는 할로겐 램프(halogen lamp)의 광의 일부가 기판(50)을 투과하게 된다. 이로 인해, 저온 기판(50)의 경우에는 0.4 내지 6 ㎛ 방사 파장을 갖는 할로겐 램프의 광의 일부가 기판을 투과하게 되어 측정 파장 대역이 0.9 내지 1 ㎛인 고온계(220)가 투과된 광의 일부를 측정하게 됨으로써, 정확한 기판(50)만의 온도를 측정하지 못하고, 온도 측정 에러가 생기는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 기판 가열장치(200)에서는 고온계(220)의 측정 파장보다 짧은 주발광 파장을 갖는 복수의 레이저 셀(10)을 각각 갖는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 광원으로서 사용할 수 있고, 레이저 셀(10)에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용할 수 있다.
레이저 셀(10)의 반도체 레이저 다이오드(또는 반도체 레이저)는 양단에 전압을 인가하면 접합(junction)에서 결맞는(coherent) 레이저 빛이 나오게 하는 소자로서, PN 접합 사이에 활성영역이 삽입되어 있는 구조로 되어 있고, 상기 활성영역 부분의 두께 및 조성에 의해 결정되는 파장에서 발광한다. 따라서, 상기 반도체 레이저 다이오드는 상기 활성영역의 두께와 조성을 변화시키면 소정의 파장의 빛을 발광할 수 있다.
실리콘 웨이퍼는 600 ℃ 이하의 온도에서는 반투명 상태의 광 투과도를 갖게 되므로, 할로겐 램프의 빛과 마찬가지로 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 빛도 실리콘 웨이퍼를 투과하여 고온계(220)에 도달할 수 있다. 하지만, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 주발광 파장은 고온계(220)의 측정 파장보다 짧으므로, 고온계(220)에서 측정되는 광량에는 제외될 수 있어서 고온계(220)에서 측정되는 광량은 기판(50)에서 방사되거나 반사되는 광량만을 측정할 수 있게 된다. 예를 들어, 발광 파장이 0.85 ㎛인 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 광원으로 사용하면, 600 ℃ 이하의 실리콘 웨이퍼를 투과한 빛이 고온계(220)에 도달하더라도 고온계(220)의 측정 파장인 0.9 내지 1 ㎛를 벗어난 빛이므로, 고온계(220)에서 측정되는 광량에서 제외될 수 있어서 기판(50)의 정확한 온도를 측정할 수 있다.
한편, 발광 다이오드(LED)의 경우도 상기 활성영역의 조성을 변화시켜 다양한 파장의 빛을 발광할 수 있으나, 발광 다이오드(LED)의 경우에는 출력광의 스펙트럼 폭이 일반적으로 30 내지 120 ㎚로서 상대적으로 넓어서 고온계(220)의 측정 파장인 0.9 내지 1 ㎛와 겹치는 대역이 발생될 가능성이 커서 적합하지 않다. 고온계(220)의 측정 파장 대역과 겹치지 않기 위해서는 발광 다이오드(LED)의 발광 파장이 가시광이나 자외광 대역의 더욱 단파장이어야 하나, 이러한 단파장의 빛(들)은 850 ㎚의 적외광보다 열에너지를 전달하는 데에 있어서 효과적이지 못해서 적절하지 않다.
하지만, 반도체 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)의 경우, 단일모드 레이저 다이오드(LD)는 출력광의 스펙트럼 폭이 일반적으로 1 ㎚보다 훨씬 좁을 수 있고, 다중모드 레이저 다이오드(LD)도 출력광이 3 내지 10 ㎚ 정도의 좁은 스펙트럼 폭을 갖고 있어서 적외광(예를 들어, 850 ㎚ 파장의 적외광)을 사용하면서도 고온계(220)의 측정 파장인 0.9 내지 1 ㎛와 겹치지 않는 출력광의 파장 대역을 얻을 수 있다.
여기서, 고온계(220)는 복수개로 구성되어 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 고온계(220)는 복수개로 구성될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심을 동심으로 하는) 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 제공될 수 있으며, 이에 따라 히터 블록(100)의 중심(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심)으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역에 대응되는 기판(50)의 부분별(또는 위치별)로 온도를 측정할 수 있다. 즉, 복수개의 고온계(220)는 히터 블록(100)의 중심으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역과 대향하여 상기 각 영역에 의해 (주로) 가열되는 기판(50)의 각 부분(또는 위치)에서 온도를 측정할 수 있으며, 이를 통해 공정 중 기판(50)의 부분별 온도가 균일할 수 있도록 복수개의 고온계(220)에 의해 측정된 기판(50)의 각 부분의 온도에 따라 상기 각 영역(의 상기 제어영역(들))의 가열 온도를 제어할 수 있다.
이때, 기판(50)은 원형일 수 있고, 본 발명의 기판 가열장치(200)는 기판(50)을 회전시키는 회전구동부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
회전구동부(미도시)는 기판(50)의 온도를 (더욱) 균일하게 하기 위하여 기판(50)을 회전시킬 수 있으며, 기판 지지부(210)를 회전시켜 기판 지지부(210)와 함께 기판(50)을 회전시킬 수도 있고, 기판 지지부(210) 상에서 기판(50)만을 회전시킬 수도 있다.
본 발명에서는 기판(50)이 원형이므로, 제1 레이저 모듈(110)을 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)으로 분할하고 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, (반경이) 동일한 동심원이 지나는(또는 횡단하는) 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화할 뿐만 아니라 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 복수개의 고온계(220)를 배치할 수 있다. 여기서, 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 하나씩의 고온계(220)를 배치할 수 있으며, 회전구동부(미도시)에 의해 기판(50)을 회전시킴으로써, 하나(씩)의 고온계(220)로도 가상의 원(20)을 따라 연장되는 기판(50)의 넓은 (링 형상) 부분의 온도를 측정할 수 있다. 즉, 기판(50)이 회전하면서 상기 가상의 원(20)을 따라 연장되는 기판(50)의 넓은 부분이 (모두) 고온계(220)(가 배치된 위치)를 지나치게 될 수 있으며, 하나의 고온계(220)로도 상기 가상의 원(20)을 따라 연장되는 기판(50)의 넓은 부분의 온도를 측정할 수 있다.
여기서, 가상의 원(20)은 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)의 각 쉘(또는 겹)마다 하나씩 설정되어 각 가상의 원(20)에 대응되어 하나(씩)의 고온계(220)가 배치될 수도 있고, 제1 레이저 모듈(110)의 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b) 및/또는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹마다 하나씩 설정되어 각 가상의 원(20)에 대응되어 하나(씩)의 고온계(220)가 배치될 수도 있다. 그러나 복수의 가상의 원(20)의 설정과 복수개의 고온계(220)의 배치는 이에 한정되지 않고, 다양하게 설정 및 배치될 수 있으며, 기판(50)의 부분별 온도를 측정하여 (상기 제어영역(들)의) 각 영역(또는 그룹)별로 가열 온도를 제어함으로써, 공정 중 기판(50)의 부분별 온도를 균일하게 할 수 있으면 족하다.
예를 들어, 고온계(220)는 가상의 제1 원(20a)에 대응되어 배치되는 제1 고온계(220a), 가상의 제2 원(20b)에 대응되어 배치되는 제2 고온계(220b), 가상의 제3 원(20c)에 대응되어 배치되는 제3 고온계(220c) 및 가상의 제4 원(20d)에 대응되어 배치되는 제4 고온계(220d)를 포함할 수 있다. 제1 고온계(220a)는 가상의 제1 원(20a)에 대응되어 배치될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)의 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 사이(경계)에 배치될 수 있으며, 제2 고온계(220b)는 가상의 제2 원(20b)에 대응되어 배치될 수 있고, 상기 제1 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹(이 이루는 동심원)과 제2 제어영역(120b)의 그룹(이 이루는 동심원)의 사이(의 동심원 상)에 배치될 수 있다.
그리고 제3 고온계(220c)는 가상의 제3 원(20c)에 대응되어 배치될 수 있고, 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹(이 이루는 동심원)과 제2 제어영역(120b)의 그룹(이 이루는 동심원)의 사이(의 동심원 상)에 배치될 수 있으며, 제4 고온계(220d)는 가상의 제4 원(20d)에 대응되어 배치될 수 있고, 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹(이 이루는 동심원)과 제2 제어영역(120b)의 그룹(이 이루는 동심원)의 사이(의 동심원 상)에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 복수개의 고온계(220)에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 제어하는 가열 제어부(230);를 더 포함할 수 있다.
가열 제어부(230)는 복수개의 고온계(220)에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 제어할 수 있으며, 상기 측정된 온도를 이용하여 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 여기서, 복수개의 고온계(220)는 기판(50)으로부터 입사하는 빛의 광량을 측정하여 온도를 산출할 수 있고, 가열 제어부(230)는 산출된 온도를 이용하여 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)에 입력되는 전력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 가열 제어부(230)는 기판(50)의 목표 온도를 설정하는 온도설정부(231) 및 온도설정부(231)에 설정된 상기 목표 온도와 고온계(220)에 의해 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정하는 전력결정부(232)를 포함할 수 있다. 온도설정부(231)는 기판(50)의 목표 온도를 설정할 수 있으며, 히터 블록(100)에 의한 가열을 통해 달성할 기판(50)의 온도를 설정할 수 있다.
전력결정부(232)는 온도설정부(231)에 설정된 상기 목표 온도와 고온계(220)에 의해 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정할 수 있으며, 결정된 전력을 제1 전원부(130) 및/또는 제2 전원부(140)에서 공급하도록 할 수 있다. 이를 통해 상기 결정된 전력이 고온계(220)가 측정한 기판(50)의 부분과 대응(또는 대향)하는 상기 (히터 블록의) 영역(의 상기 제어영역(들))에 공급되도록 하여 상기 영역의 가열 온도를 제어(또는 조절)할 수 있고, 고온계(220)가 측정한 기판(50)의 부분의 온도(차)를 보상(또는 보정)해줄 수 있다.
가열 제어부(230)는 상기 측정된 온도에 따라 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120) 전체를 동시에 제어할 수도 있으나, 복수개의 고온계(220) 각각이 제공된 위치에 대응하는 기판(50)의 부분별 온도에 따라 복수의 그룹(예를 들어, 상기 중앙 제어영역과 상기 가장자리 제어영역 및 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹)별로 각각 독립적으로 동작 여부 및 공급 전력 등을 조절할 수 있다.
한편, 가열 제어부(230)는 하나의 고온계(220)에 의해 측정된 온도로 2개 이상의 상기 그룹의 가열 온도를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)의 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 사이에 배치되는 제1 고온계(220a)에 의해 측정된 온도로 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 가열 온도를 제어할 수 있고, 상기 제1 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 사이에 배치되는 제2 고온계(220b)에 의해 측정된 온도로 상기 제1 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도를 제어할 수 있으며, 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 사이에 배치되는 제3 고온계(220c)에 의해 측정된 온도로 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도를 제어할 수 있고, 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 사이에 배치되는 제4 고온계(220d)에 의해 측정된 온도로 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도를 제어할 수 있다.
여기서, 히터 블록(100) 중 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 제공 면적은 기판(50) 외곽의 열 손실을 보상하기 위해 기판(50)의 면적보다 클 수 있으며, 고온계(220)는 기판(50)의 면적 내에서만 측정할 수 있어 고온계(220)가 측정한 기판(50)의 부분과 대향(또는 대응)하는 상기 영역의 가열 온도만을 제어하는 경우에는 기판(50)의 면적을 벗어나 제공된 제어영역(110a,110b,120a,120b)(들)은 가열 온도를 제어할 수 없게 된다. 이에, 제4 고온계(220d)가 기판(50)의 면적 내에서 기판(50)의 온도를 측정하는 최외곽의 고온계(220)인 경우에는 제4 고온계(220d)에 의해 측정된 온도로 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도뿐만 아니라 그 외측의 상기 4중 쉘 등 n중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도도 제어할 수 있다.
이때, 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 가열 온도 제어(또는 제어되는 가열 온도) 및/또는 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도 제어(또는 제어되는 가열 온도)가 달라질 수 있다.
또한, 고온계(220)에 의한 기판(50)의 온도 측정은 600 ℃보다 낮은 온도 구간에서도 이루어질 수 있다.
최근들어, 나노 씨모스(Nano-CMOS), 핀펫(FinFET) 등의 최신 반도체 소자에서 쉘로우 정션(Shallow junction)의 누설전류와 저항을 낮추기 위하여 니켈 실리사이드(NiSi) 등과 같은 새로운 재료가 요구된다. 니켈 실리사이드 등의 박막을 증착하기 위해서는 600 ℃ 이하의 저온 공정이 필수적이다.
일반적으로, 가열용 광원으로 사용되는 할로겐 램프 혹은 반도체 발광 다이오드(LED)를 이용하는 경우에는 고온계(220)가 600 ℃ 이하의 저온 구간에서는 온도를 정확하게 측정하지 못하므로, 600 ℃ 이하의 저온 구간에서도 온도 측정이 가능한 다른 수단을 추가로 기판 가열장치(200)에 장착해야 하는 등의 번거로운 과정이 필요하고, 이에 따라 기판 가열장치(200)의 구조도 복잡해지는 문제가 있을 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 고온계(220)의 측정 파장보다 짧은 주발광 파장을 갖는 레이저 셀(10)을 가열용 광원으로 사용함으로써, 600 ℃보다 낮은 온도의 경우도 정밀한 온도 측정이 가능하게 되어, 추가적인 온도 측정 수단 없이도 600 ℃보다 낮은 저온 공정부터 고온 공정까지 넓은 온도 범위의 공정을 모두 처리할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)을 포함하는 기판 가열장치(200)는 고온계(220)에 의해 측정된 온도를 이용하여 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 가열 온도를 상기 그룹별(또는 상기 제어영역별)로 제어함으로써, 공정 중 기판(50)의 온도 균일도를 개선할 수 있다. 특히, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나를 복수의 제어영역(110a,110b,120a,120b)으로 분할하여 제어영역(110a,110b,120a,120b)이 세분화됨으로써, 기판(50)의 온도 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 이때, 고온계(220)를 복수개로 구성하여 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 제공하고, 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)을 각각 그룹화하여 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역(120a)과 복수개의 제2 제어영역(120b)을 제어함으로써, 복수개의 고온계(220)에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 그룹별로 복수개의 제1 제어영역(120a)과 복수개의 제2 제어영역(120b)을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 우수한 기판(50)의 온도 균일도 등의 공정 특성이 향상될 수 있다.
한편, 히터 블록(100)의 레이저 셀(10)에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용하는 경우에는 고온계(220)의 측정 파장 대역과 상이한 주발광 파장 대역의 레이저를 조사함으로써, 600 ℃ 이하의 저온 영역에서도 기판(50)의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 기판(50)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 기판(50)의 온도 균일도를 확보하여 기판(50)의 파손을 방지할 수 있고, 600 ℃ 이하 저온 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법은 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공하는 과정(S100); 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정(S200); 및 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 과정(S300);을 포함할 수 있다.
먼저, 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공한다(S100). 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공할 수 있으며, 상기 히터 블록과 대향하여 제공되는 기판 지지부에 상기 기판을 지지할 수 있다. 예를 들어, 챔버의 내부 공간에 상기 기판 지지부가 설치되어 상기 기판 지지부에 상기 기판이 지지됨으로써, 상기 챔버의 공정 공간에 상기 기판이 제공될 수 있으며, 상기 챔버의 일측에 구비되는 출입구를 통해 상기 기판이 상기 챔버의 내부 공간에 반입될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사한다(S200). 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사할 수 있으며, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각의 레이저 셀에서 발광된 빛(의 광에너지)을 상기 기판의 제1 면에 조사할 수 있고, 광에너지가 열에너지로 변환되어 상기 기판의 온도를 상승시킬 수 있다. 여기서, 상기 레이저 셀은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에서 조사되는 빛의 광에너지는 제1 및 제2 전원부에서 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각에 공급하는 전력의 크기에 따라 결정될 수 있다.
그 다음 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계(pyrometer)를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정한다(S300). 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정할 수 있으며, 상기 고온계는 상기 기판으로부터 입사하는 빛의 복사 에너지를 이용하여 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 셀의 주발광 파장은 상기 고온계의 측정 파장보다 짧을 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 제어되는 복수의 제어영역으로 분할될 수 있다. 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나의 레이저 모듈은 복수의 입력단자를 포함할 수 있으며, 상기 입력단자를 각각 갖는 복수의 제어영역으로 분할될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 제어영역은 각각의 상기 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성될 수 있으며, 어느 상기 입력단자에 전력이 공급되는지에 따라 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할될 수 있고, 상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할될 수 있다. 상기 제1 레이저 모듈은 동심 분할되어 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할될 수 있으며, 상기 중앙 제어영역은 내측에 제공되어 상기 히터 블록의 중심에 위치할 수 있고, 상기 가장자리 제어영역은 상기 중앙 제어영역의 외측에 제공될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 레이저 모듈 내에서도 상기 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 상기 제어영역이 세분화될 수 있다.
상기 제2 레이저 모듈은 방사형 분할로 양분되어 대칭적인 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할될 수 있으며, 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 대칭될 수 있고, 모양과 면적 및 상기 레이저 셀의 수가 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 레이저 모듈의 형상이 육각형인 경우에는 꼭지점과 꼭지점을 연결한 선을 기준으로 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역이 양분될 수도 있고, 변과 변을 연결한 선을 기준으로 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역이 양분될 수도 있다.
이때, 상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 상기 제1 레이저 모듈로부터 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 거리가 상이하게 배치될 수 있다. 상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치될 수 있으며, 상기 제1 레이저 모듈의 둘레를 따라 상기 제1 레이저 모듈을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저 모듈은 상기 히터 블록의 중앙(또는 중심)에 하나만 배치될 수 있고, 복수개의 상기 제2 레이저 모듈이 상기 제1 레이저 모듈의 둘레를 감싸도록 상기 히터 블록의 가장자리에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 레이저 모듈은 상기 제1 레이저 모듈을 한 겹(shell)만 감쌀 수도 있으나, 상기 기판 및/또는 상기 히터 블록의 크기와 형태에 따라서 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심(원)을 이루는 이중 쉘(shell), 삼중 쉘 등 다중으로 감싸는 형태로 제공될 수도 있다. 이를 통해 상기 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 상기 제어영역이 세분화될 수 있다.
그리고 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 제공될 수 있으며, 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역 중 어느 하나의 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈과 가깝게 제공될 수 있고, 다른 하나의 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈과 멀게 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 제어영역이 상기 제1 레이저 모듈을 향하여 상기 제1 레이저 모듈과 가깝게 위치되고, 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터 상대적으로 멀게 (반경방향) 외측을 향하여 위치되도록 복수개의 상기 제2 레이저 모듈이 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 각각 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 가열방법은 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어하는 과정(S400);을 더 포함할 수 있다.
그리고 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어할 수 있다(S400). 가열 제어부가 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어할 수 있으며, 공정 중 상기 기판의 부분별 온도가 균일할 수 있도록 그룹화된 상기 제1 제어영역과 그룹화된 상기 제2 제어영역의 가열 온도를 제어할 수 있다. 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 각각 그룹화함으로써, 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루거나, 동일한 동심원이 지나는 그룹별로 복수의 상기 제1 제어영역(즉, 상기 제1 제어영역의 그룹)과 복수의 상기 제2 제어영역(즉, 상기 제2 제어영역의 그룹)을 효율적으로(또는 효과적으로) 제어할 수 있고, 가열을 통한 상기 기판의 온도 균일도(temperature uniformity)가 향상될 수 있다.
상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있으며, 상기 고온계가 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심을 동심으로 하는) 반경이 상이한 상기 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 이에, 상기 히터 블록의 중심(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심)으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역(의 상기 제어영역(들))에 대응되는 상기 기판의 부분별(또는 위치별)로 온도를 측정할 수 있다. 이때, 공정 중 상기 기판의 부분별 온도가 균일할 수 있게 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹을 잘 제어할 수 있도록 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 상기 복수의 가상의 원이 설정될 수 있고, 설정된 상기 복수의 가상의 원에 대응하도록 복수개의 상기 고온계가 제공될 수 있다.
그리고 상기 그룹화하여 제어하는 과정(S400)에서는 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어할 수 있다. 상기 가열 제어부가 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어할 수 있으며, 상기 측정된 온도를 이용하여 각 상기 제어영역에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 상기 고온계는 상기 기판으로부터 입사하는 빛의 광량을 측정하여 온도를 산출할 수 있고, 상기 가열 제어부는 산출된 온도를 이용하여 각 상기 제어영역에 입력되는 전력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 그룹화하여 제어하는 과정(S400)은 상기 기판의 목표 온도를 설정하는 과정(S410) 및 설정된 상기 목표 온도와 상기 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정하는 과정(S420)을 포함할 수 있다.
상기 기판의 목표 온도를 설정할 수 있다(S410). 온도설정부를 통해 상기 기판의 목표 온도를 설정할 수 있으며, 상기 히터 블록에 의한 가열을 통해 달성할 상기 기판의 온도를 설정할 수 있다.
그리고 설정된 상기 목표 온도와 상기 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정할 수 있다(S420). 전력결정부가 상기 목표 온도를 설정하는 과정(S410)에서 상기 온도설정부에 설정된 상기 목표 온도와 상기 고온계에 의해 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정할 수 있으며, 결정된 전력을 상기 제1 전원부 및/또는 상기 제2 전원부에서 공급하도록 할 수 있다. 이를 통해 상기 결정된 전력이 상기 고온계가 측정한 상기 기판의 부분과 대응(또는 대향)하는 상기 (히터 블록의) 영역(의 상기 제어영역(들))에 공급되도록 하여 상기 영역의 가열 온도를 제어(또는 조절)할 수 있고, 상기 고온계가 측정한 상기 기판의 부분의 온도(차)를 보상(또는 보정)해줄 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기판 가열방법은 상기 복수개의 상기 고온계를 통해 상기 히터 블록의 중심(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심)으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역(의 상기 제어영역(들))에 대응되는 상기 기판의 부분별(또는 위치별)로 온도를 측정하여 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 측정된 상기 기판의 각 부분의 온도에 따라 상기 각 영역(의 상기 제어영역(들))의 가열 온도를 제어할 수 있으며, 이에 따라 (원형의) 상기 기판의 중심으로부터의 거리에 따라 구분되는 (반경방향의) 각 부분별로 온도를 정밀하게 조정할 수 있고, 공정 중 상기 기판의 부분별 온도를 균일하게 하여 상기 기판의 온도 균일성(또는 온도 균일도)을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법의 각 과정(들)은 반드시 시계열적으로 순서에 따라 수행될 필요는 없으며, 필요에 따라서 각 과정(들)은 반대 순서로 수행될 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 기판의 온도를 측정하는 과정(S300) 이후에 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정(S200)을 수행할 수도 있다. 또한, 복수의 과정이 반복 수행될 수도 있고, 복수의 과정 중에서 선택된 과정(들)만 반복 수행될 수도 있다.
이처럼, 본 발명에서는 제1 및 제2 전원부를 통해 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 서로 독립적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 위치별로 구분하여 가열 온도를 조절할 수 있고, 기판 등의 가열 대상물에 대한 가열 균일도를 개선할 수 있다. 또한, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 서로 독립적으로 제어함으로써, 제어영역을 세분화할 수 있으며, 가열 대상물에 대한 가열 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 간에 제어영역의 분할 형태를 동심 분할과 방사형 분할로 상이하게 함으로써, 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 세분화하여 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다. 이때, 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치되는 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 배치하여 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화함으로써, 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 효율적으로 제어할 수 있고, 가열을 통한 가열 대상물의 온도 균일도가 향상될 수 있다. 또한, 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용함으로써, 에너지 효율이 높아 종래의 할로겐 램프 대비 소비 전력을 낮출 수 있고, 빛의 직진성 및 특정 파장 방출이 용이하여 효과적으로 광 특성을 제어할 수 있다. 그리고 고온계에 의해 측정된 온도를 이용하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 가열 온도를 제어함으로써, 공정 중 기판의 온도 균일도를 개선할 수 있다. 특히, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 제어영역이 세분화됨으로써, 기판의 온도 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 이때, 고온계를 복수개로 구성하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공하고, 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 제어함으로써, 복수개의 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 우수한 기판의 온도 균일도 등의 공정 특성이 향상될 수 있다. 한편, 히터 블록의 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용하는 경우에는 고온계의 측정 파장 대역과 상이한 주발광 파장 대역의 레이저를 조사함으로써, 600 ℃ 이하의 저온 영역에서도 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 기판의 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 기판의 온도 균일도를 확보하여 기판의 파손을 방지할 수 있고, 600 ℃ 이하 저온 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 레이저 셀 11 : + 단자
12 : - 단자 20 : 가상의 원
50 : 기판 100 : 히터 블록
110 : 제1 레이저 모듈 110a: 중앙 제어영역
110b: 가장자리 제어영역 120 : 제2 레이저 모듈
120a: 제1 제어영역 120b: 제2 제어영역
130 : 제1 전원부 130a: 중앙 전원공급부
130b: 가장자리 전원공급부 140 : 제2 전원부
140a: 제1 전원공급부 140b: 제2 전원공급부
150 : 반사기부 151 : 경사반사면
152 : 정면반사면 200 : 기판 가열장치
210 : 기판 지지부 220 : 고온계
230 : 가열 제어부 231 : 온도설정부
232 : 전력결정부 240 : 챔버

Claims (18)

  1. 복수의 레이저 셀을 갖는 제1 레이저 모듈;
    복수의 레이저 셀을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈; 및
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부;를 포함하고,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 전력이 입력되는 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성되는 복수의 제어영역으로 분할되며,
    상기 복수의 제어영역은 서로 독립적으로 제어되는 히터 블록.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 상기 제어영역의 분할 형태가 상이한 히터 블록.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치되는 히터 블록.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되고,
    상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할되는 히터 블록.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 제공되는 히터 블록.
  6. 청구항 5에 있어서,
    복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화되는 히터 블록.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전원부는 상기 중앙 제어영역과 상기 가장자리 제어영역에 각각 독립적으로 전력을 공급하고,
    상기 제2 전원부는 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 히터 블록.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 다각형 형상을 갖는 히터 블록.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 셀은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저를 포함하는 히터 블록.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각의 가장자리를 감싸서 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사하는 반사기부;를 더 포함하는 히터 블록.
  11. 기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부와 대향하여 제공되며, 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하여 상기 기판을 가열하는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 히터 블록;을 포함하는 기판 가열장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어, 상기 기판의 온도를 측정하는 고온계;를 더 포함하는 기판 가열장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고온계는 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공되는 기판 가열장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 각 상기 제어영역을 제어하는 가열 제어부;를 더 포함하는 기판 가열장치.
  15. 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공하는 과정;
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정; 및
    상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 과정;을 포함하고,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 제어되는 복수의 제어영역으로 분할되는 기판 가열방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되며,
    상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할되고,
    상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 상기 제1 레이저 모듈로부터 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 거리가 상이하게 배치되는 기판 가열방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어하는 과정;을 더 포함하는 기판 가열방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공되고,
    상기 그룹화하여 제어하는 과정에서는 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어하는 기판 가열방법.
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